JPH06241725A - Optical displacement quantity measuring device - Google Patents
Optical displacement quantity measuring deviceInfo
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- JPH06241725A JPH06241725A JP5023693A JP5023693A JPH06241725A JP H06241725 A JPH06241725 A JP H06241725A JP 5023693 A JP5023693 A JP 5023693A JP 5023693 A JP5023693 A JP 5023693A JP H06241725 A JPH06241725 A JP H06241725A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、物体の変位量を光学的
に測定するための光学的変位量測定装置に係わる。ここ
で、物体の変位量とは、物体の移動量や変形量等をい
い、移動速度や変形速度等を含む。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement amount measuring device for optically measuring the displacement amount of an object. Here, the amount of displacement of the object refers to the amount of movement, the amount of deformation, etc. of the object, and includes the movement speed, the deformation 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。第3
9回応用物理学関係連合講演会講演予稿集28a−A−
3に、図15に示すようなスペックル法を用いた光学的
変位量測定装置が提案されている。この光学的変位量測
定装置は、高速動作、高解像度、メモリー機能、及び、
二値記録特性を有する強誘電性液晶空間光変調素子(以
下、「FLC−SLM」という)と、入射光の重心位置
をそのスポット形状によらず高速、高解像度で検出で
き、FLC−SLMの特徴に良くマッチした半導体位置
検出素子(Position SensitiveLight Detector:以下、
「PSD」という)を採用している。この光学的変位量
測定装置では、粗物体330から生ずるスペックルパタ
ーンを、第一のFLC−SLM307上に二重書き込み
した後、レンズ312でフーリエ変換して第二のFLC
−SLM313上に記録する。さらにFLC−SLM3
13上に記録されたパターンをレンズ315によって再
度フーリエ変換し、PSD316上に一次回折光たる自
己相関信号光を形成する。演算・制御装置317は、P
SD316からの信号を二重書き込み系にフィードバッ
クし二重書き込み時間間隔を制御する。例えば、被測定
物体の速度が増加した場合には、自己相関信号光の位置
は0次光から離れPSD316からの位置出力が変化す
る。したがって、二重書き込み間隔を制御して、自己相
関信号光の位置を0次光側かつPSD位置検出誤差の小
さい中心部に移動させるようにする。このように、自己
相関信号光の位置をPSD316の略中心に制御した
後、PSD316の検出結果に基づいて、被測定物体の
速度を求める。かかる光学的変位量測定装置によれば、
広範囲の速度を高精度に測定することができる。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 irradiated light on a rough surface of the object is used. Third
Proceedings of the 9th Joint Lecture on Applied Physics 28a-A-
3 proposes an optical displacement measuring device using the speckle method as shown in FIG. This optical displacement measuring device has a high-speed operation, high resolution, a memory function, and
A ferroelectric liquid crystal spatial light modulator having binary recording characteristics (hereinafter referred to as "FLC-SLM") and a barycentric position of incident light can be detected at high speed and high resolution regardless of the spot shape. Semiconductor position detection element (Position Sensitive Light Detector:
"PSD") is adopted. In this optical displacement amount measuring device, the speckle pattern generated from the rough object 330 is double-written on the first FLC-SLM 307, and then Fourier-transformed by the lens 312 to perform the second FLC.
-Record on SLM 313. FLC-SLM3
The pattern recorded on 13 is again Fourier-transformed by the lens 315, and autocorrelation signal light that is first-order diffracted light is formed on the PSD 316. The arithmetic and control unit 317 is
The signal from SD316 is fed back to the double write system to control the double write time interval. For example, when the velocity of the measured object increases, the position of the autocorrelation signal light is separated from the 0th order light, and the position output from the PSD 316 changes. Therefore, the double write interval is controlled so that the position of the autocorrelation signal light is moved to the 0th-order light side and the central portion where the PSD position detection error is small. In this way, after controlling the position of the autocorrelation signal light to be substantially at the center of the PSD 316, the velocity of the measured object is obtained based on the detection result of the PSD 316. According to such an optical displacement measuring device,
A wide range of speeds can be measured with high accuracy.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の光学的変
位量測定装置では、一次回折光をPSDに照射させ、P
SDの検出結果に基づいて二重書き込み間隔をフィード
バック制御する。そして、一次回折光をPSDの略中心
領域に照射させてから、PSDの検出結果に基づいて被
測定物体の移動速度を求めている。したがって、まず一
次回折光をPSDに照射させる必要がある。ここで、被
測定物体のおおよその移動速度があらかじめわかってい
る場合には、一次回折光をすぐにPSDに照射させるこ
とができるため、フィードバック制御をただちに開始す
ることができる。また、被測定物体の移動速度が不明の
場合にも、二重書き込み間隔をスウィープさせ被測定物
体の移動量を様々に変化させていけば、おおよその変位
速度を見つけだすことができる。したがって、やはり比
較的早くフィードバック制御を開始することができる。
しかし、被測定物体に急激な速度変化が起こり、一次回
折光がPSDの入射窓よりはずれてしまうような場合に
は、おおよその移動速度をより簡単に判断できれば、よ
り短時間にて測定を行うことができる。本発明は上記点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定対象
の変位量をより短時間で測定でき、実時間測定性の点に
おいて極めて優れた光学的変位量測定装置を提供するこ
とにある。In such a conventional optical displacement amount measuring device, the PSD is irradiated with the first-order diffracted light and P
Feedback control of the double write interval is performed based on the SD detection result. Then, after irradiating the substantially central region of the PSD with the first-order diffracted light, the moving speed of the measured object is obtained based on the detection result of the PSD. Therefore, it is necessary to irradiate the PSD with the first-order diffracted light. Here, when the approximate moving speed of the object to be measured is known in advance, the PSD can be immediately irradiated with the first-order diffracted light, so that the feedback control can be immediately started. Even when the moving speed of the measured object is unknown, the approximate displacement speed can be found by sweeping the double writing interval and changing the moving amount of the measured object in various ways. Therefore, the feedback control can be started relatively quickly.
However, when the measured object undergoes a rapid speed change and the first-order diffracted light deviates from the PSD entrance window, the measurement can be performed in a shorter time if the approximate moving speed can be determined more easily. be able to. The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an optical displacement amount measuring device that can measure a displacement amount of an object to be measured in a shorter time and is extremely excellent in terms of real-time measurable property. To do.
【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量測定装置は、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0次の回折光点像を有する
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0次の回折光点
像の光強度を検出するための光強度検出手段と、該光強
度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第一の記録手段に対する相対的
変位量を求めるための変位量特定手段を備えている。こ
こで、該変位量特定手段は、該光強度検出手段の検出結
果を演算して該二の測定時刻の間における該被測定対象
の該第一の記録手段に対する相対的変位量を求めるため
の演算手段からなることが好ましい。本発明の光学的変
位量測定装置は、さらに、該第二のフーリエ変換像を調
整するための調整手段を備えていても良い。この場合に
は、該光強度検出手段は、該調整された第二のフーリエ
変換像の0次の回折光点像の光強度を検出する。ここ
で、該変位量特定手段は、該光強度検出手段の検出結果
に基づいて該調整手段の調整状態を制御するための制御
手段と、該調整された第二のフーリエ変換像が有する一
次の回折光点像の重心の位置を検出するための光重心位
置検出手段と、該光重心位置検出手段の検出結果と該調
整手段の調整状態に基づいて該二の測定時刻間における
該被測定対象と該第一の記録手段との相対的変位量を演
算するための変位量演算手段からなることが好ましい。
ここで、該光重心位置検出手段は、半導体位置検出素子
からなることが好ましい。該調整手段は、該二の測定時
刻の時刻間隔を調整する手段であることが好ましい。該
調整手段はまた、該二の測定時刻における被測定対象の
像の位置を相対的に調整する位置調整手段であってもよ
い。該位置調整手段は、例えば、該二の測定時刻におい
て形成される被測定対象の像を偏向する偏向手段と、該
偏向手段による該二の測定時刻の像の偏向量を相対的に
調整する偏向量調整手段とからなることが好ましい。ま
た、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。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。In order to achieve the above object, an optical displacement measuring device of the present invention irradiates a measuring object with light to form an image of the measuring object at two measurement times. And a first recording means for double-recording the image of the object to be measured at the second measurement time, and a coherent light for irradiating the first recording means. First coherent light projecting means for reading a recorded image, first Fourier transform means for Fourier transforming the read double recorded image to form a first Fourier transform image, and Second recording means for recording one Fourier transform image, and second coherent light projecting means for irradiating the second recording means with coherent light to read out the first Fourier transform image And the read first Fourier transform image In other words, the second Fourier transform means for forming the second Fourier transform image having the 0th-order diffracted light point image and the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the second Fourier transform image are A light intensity detecting unit for detecting, and a displacement for obtaining a relative displacement amount of the object to be measured with respect to the first recording unit between the two measurement times based on a detection result of the light intensity detecting unit. Equipped with quantity specifying means. Here, the displacement amount specifying means calculates a detection result of the light intensity detecting means to obtain a relative displacement amount of the measured object with respect to the first recording means between the two measurement times. It is preferably composed of a calculation means. The optical displacement measuring device of the present invention may further include adjusting means for adjusting the second Fourier transform image. In this case, the light intensity detecting means detects the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the adjusted second Fourier transform image. Here, the displacement amount identifying means includes a control means for controlling the adjustment state of the adjusting means based on the detection result of the light intensity detecting means, and a primary order of the adjusted second Fourier transform image. Light center of gravity position detecting means for detecting the position of the center of gravity of the diffracted light point image, and the object to be measured between the two measurement times based on the detection result of the light center of gravity position detecting means and the adjustment state of the adjusting means. And a displacement amount calculation unit for calculating a relative displacement amount between the first recording unit and the first recording unit.
Here, it is preferable that the optical center-of-gravity position detecting means is composed of a semiconductor position detecting element. The adjusting means is preferably means for adjusting the time interval between the second measurement times. The adjusting means may be position adjusting means for relatively adjusting the position of the image of the measurement target at the second measurement time. The position adjusting means is, for example, a deflecting means for deflecting an image of the object to be measured formed at the second measuring time, and a deflecting means for relatively adjusting the deflection amount of the image at the second measuring time by the deflecting means. It is preferably composed of an amount adjusting means. The first and second recording means are preferably ferroelectric liquid crystal spatial light modulators. It is preferable that the light irradiation means irradiates the object to be measured with coherent light to form a speckle pattern.
【0005】[0005]
【作用】上記構成を有する本発明の光学的変位量測定装
置においては、該光照射手段が、該光学的変位量測定装
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、該第一の記録手段の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、該第一の記録手
段の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、0次の回折光点像を有する第二のフー
リエ変換像を形成する。該光強度検出手段が、該第二の
フーリエ変換像の0次の回折光点像の光強度を検出す
る。該変位量特定手段が、該光強度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
該第一の記録手段(すなわち該光学的変位量測定装置)
に対する相対的変位量を求める。In the optical displacement measuring device of the present invention having the above structure, 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 of 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 of the first recording unit. The second Fourier transform means Fourier-transforms the read first Fourier transform image to form a second Fourier transform image having a 0th-order diffracted light point image. The light intensity detecting means detects the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the second Fourier transform image. The displacement amount specifying means, based on the detection result of the light intensity detecting means, the first recording means (that is, the optical displacement amount measuring device) of the measured object between the two measurement times.
Calculate the relative displacement with respect to.
【0006】ここで、該第二のフーリエ変換像の0次の
回折光点像の光強度は、該二の測定時刻における被測定
対象の像の相関、換言すれば、該二の測定時刻における
被測定対象の第一の記録手段(すなわち光学的変位量測
定装置)に対する相対的変位量に対応している。したが
って、該変位量特定手段が該演算手段である場合には、
該光強度検出手段の検出結果を演算して、該二の測定時
刻の間における該被測定対象の該第一の記録手段(すな
わち光学的変位量測定装置)に対する相対的変位量を求
める。Here, the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the second Fourier transform image is the correlation of the image of the object to be measured at the second measurement time, in other words, at the second measurement time. It corresponds to the relative displacement amount of the object to be measured with respect to the first recording means (that is, the optical displacement amount measuring device). Therefore, when the displacement amount specifying means is the calculating means,
The detection result of the light intensity detecting means is calculated to obtain the relative displacement amount of the object to be measured with respect to the first recording means (that is, the optical displacement amount measuring device) between the two measurement times.
【0007】第二のフーリエ変換像が有する一次の回折
光点像の重心位置もまた、該二の測定時刻における被測
定対象の像の相関、換言すれば、該二の測定時刻におけ
る被測定対象の第一の記録手段(すなわち光学的変位量
測定装置)に対する相対的変位量に対応している。した
がって、本発明の光学的変位量測定装置が該第二のフー
リエ変換像を調整するための調整手段を備えている場合
には、該光強度検出手段は該調整された第二のフーリエ
変換像の0次の回折光点像の光強度を検出する。該変位
量特定手段の該制御手段が、該光強度検出手段の検出結
果に基づいて該調整手段の調整状態を制御する。該変位
量特定手段の該光重心位置検出手段が、該調整された第
二のフーリエ変換像の一次の回折光点像の重心の位置を
検出する。該変位量特定手段の該変位量演算手段が、該
光重心位置検出手段の検出結果と該調整手段の調整状態
に基づいて該二の測定時刻間における該被測定対象と該
第一の記録手段(すなわち光学的変位量測定装置)の相
対的変位量を演算する。ここで、該調整手段が該二の測
定時刻の時刻間隔を調整する手段からなる場合には、該
調整手段は、該二の測定時刻の時刻間隔を調整すること
により該第二のフーリエ変換像を調整する。また、該調
整手段が該二の測定時刻における被測定対象の像の位置
を相対的に調整する位置調整手段からなる場合には、か
かる被測定対象の像の相対的位置調整により該第二のフ
ーリエ変換像の調整を行う。特に、該位置調整手段が該
偏向手段と該偏向量調整手段とからなる場合には、該偏
向手段は該二の測定時刻に得られる像を偏向し、該偏向
量調整手段が該二の像の偏向角度を相対的に調整して該
二の像の相対的位置関係を調整することにより、該第二
のフーリエ変換像の調整を行う。The barycentric position of the first-order diffracted light point image included in the second Fourier transform image is also the correlation of the image of the object to be measured at the second measurement time, in other words, the object to be measured at the second measurement time. Of the first recording means (that is, the optical displacement amount measuring device). Therefore, when the optical displacement amount measuring device of the present invention is provided with the adjusting means for adjusting the second Fourier transform image, the light intensity detecting means is provided with the adjusted second Fourier transform image. The light intensity of the 0th-order diffracted light point image is detected. The control means of the displacement amount specifying means controls the adjustment state of the adjustment means based on the detection result of the light intensity detection means. The optical center-of-gravity position detecting means of the displacement amount specifying means detects the position of the center of gravity of the first-order diffracted light point image of the adjusted second Fourier transform image. The displacement amount calculating means of the displacement amount specifying means is configured to detect the object to be measured and the first recording means between the two measurement times based on the detection result of the optical center-of-gravity position detecting means and the adjustment state of the adjusting means. A relative displacement amount (that is, an optical displacement amount measuring device) is calculated. Here, when the adjusting means comprises means for adjusting the time interval between the second measurement times, the adjusting means adjusts the time interval between the second measurement times to adjust the second Fourier transform image. Adjust. Further, when the adjusting means comprises a position adjusting means for relatively adjusting the position of the image of the measured object at the second measurement time, the second position is adjusted by the relative position adjustment of the image of the measured object. Adjust the Fourier transform image. In particular, when the position adjusting means comprises the deflecting means and the deflection amount adjusting means, the deflecting means deflects the image obtained at the second measurement time, and the deflection amount adjusting means causes the second image to be deflected. The second Fourier transform image is adjusted by relatively adjusting the deflection angle of the second image to adjust the relative positional relationship between the two images.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の第一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
係わるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment 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.
【0009】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、レーザダイ
オード3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FL
C−SLM」という)7と;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;
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0次回折光の光強度を測
定して該所定時間間隔の値をフィードバック制御し、そ
の後+1次回折光の重心位置を測定して被測定物体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・制御部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、F
LC−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、0次の回
折光点像と該スペックルパターンの自己相関信号光(±
1次の回折光点像)を形成する。測定・制御部1Dによ
り、該0次の回折光点像の光強度を測定し、その測定結
果に基づいて該所定の時間間隔をフィードバック制御す
る。かかるフィードバック制御の後、やはり測定・制御
部1Dにより、+1次の回折光点像の重心位置を測定
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。FIG. 1 is an optical system plan view showing a schematic configuration of an optical moving speed measuring apparatus (hereinafter referred to as “measuring apparatus”) 1 according to this embodiment. The measuring apparatus 1 irradiates the measured object 30 twice with laser light from the laser diode 3 at a predetermined time interval, and a speckle pattern forming unit 1A for forming two speckle patterns. A first ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (hereinafter, referred to as "first FL") for double recording the formed two speckle patterns.
C-SLM ”) 7 ;; phase-modulates the laser light from the He-Ne laser device 2 by the first FLC-SLM 7 in which the speckle pattern is double recorded, and further spatially performs Fourier transform. 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- 13);
A plurality of diffracted light light spots are formed by phase-modulating the laser light from the He-Ne laser device 2 by the second FLC-SLM 13 in which Young's interference fringes are recorded, and further spatially performing Fourier transform. A diffracted light forming portion 1C for
Of the formed diffracted light spots, the light intensity of the 0th-order diffracted light is measured, the value at the predetermined time interval is feedback-controlled, and then the center of gravity of the + 1st-order diffracted light is measured to measure the object 30 to be measured.
And a measuring / controlling unit 1D for calculating the moving amount and thus the moving speed in the predetermined time interval. That is, in the measuring apparatus 1, the FLC-SLM 7 and the interference fringe formation units 1B and 1F are used for the two speckle patterns having the same pattern obtained by the speckle pattern formation unit 1A.
The LC-SLM 13 and the diffracted light forming unit 1C perform the same process as the joint conversion correlation process, and the 0th-order diffracted light point image and the autocorrelation signal light of the speckle pattern (±
A first-order diffracted light point image) is formed. The measurement / control unit 1D measures the light intensity of the 0th-order diffracted light point image, and feedback-controls the predetermined time interval based on the measurement result. After such feedback control, the measurement / control unit 1D also measures the barycentric position of the + 1st-order diffracted light point image, and calculates the distance between the two speckle patterns based on the measurement result. The moving speed of the measuring object is calculated.
【0010】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.
【0011】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。スペックルパターン形成部1Aでは、レーザダイ
オード(LD)3が、LDコントローラ4の制御のもと
レーザ光を所定時間間隔をおいて二度、特定の一の方向
に照射する。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。(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「二重書
き込み間隔△t(=t2−t1)」という。また、該時間
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 to be measured 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. In the speckle pattern forming unit 1A, the laser diode (LD) 3 irradiates the laser beam twice in a specific one direction with a predetermined time interval under the control of the LD controller 4. 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 ”, respectively, and the predetermined time interval is “double writing interval Δt (= t 2 − t 1 ) ”, and the moving distance of the measured object 30 in the 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, The first and second speckle patterns "). The imaging lens 5 images 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 formed on the light incident surface 7S w have the same speckle distribution as a whole in one shift direction X ′ by 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. Also, the shift distance | M (Δt) | has a relationship with the measured object moving distance | S (Δt) | expressed by the following formula 1 determined by the imaging magnification m of the imaging lens 5. Have.
【数1】|M(△t)|=m・|S(△t)|[Equation 1] | M (Δt) | = m · | S (Δt) |
【0012】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 to double-record the first and second speckle patterns imaged on the writing side light incident surface 7S w . It
【0013】一方、干渉縞形成部1Bでは、He−Ne
レーザ装置2が、直線偏光状態の平行レーザビームを連
続的に照射している。かかるHe−Neレーザビーム
は、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FLC−SLM7の読みだし側光入射面7
Sr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−SLM7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−S
LM7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−SLM7の読みだし側面7Srに照射した
読みだし光(He−Neレーザ光)の波長λと該フーリ
エ変換レンズ12の焦点距離f12で決まる比例関係にあ
る。On the other hand, in the interference fringe forming section 1B, He-Ne
The laser device 2 continuously emits a linearly polarized parallel laser beam. The He-Ne laser beam is converted into a parallel laser beam having a desired beam diameter by the beam diameter conversion optical system 8 including the first collimator lens 8A, the spatial filter 8B, and the second collimator lens 8C. 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 reading side light incident surface 7 of the first FLC-SLM 7.
Guided by S r . 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 corresponds to the positions (the shift distance | M (Δt) | and the shift direction) of the first and second speckle patterns in the FLC-SLM 7. After undergoing the phase modulation described above, the light is emitted from the light incident surface 7S r . In this way, the reading of the double recorded speckle pattern is performed. The FLC-S
The laser beam emitted from the LM7 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. . Direction in which the stripes of the Young's interference fringes are arranged (direction perpendicular to the extending direction of each stripe)
Is parallel to the shift direction X'of the speckle distribution recorded on the first FLC-SLM 7, and therefore is parallel to the direction along the plane of the drawing. The fringe spacing of the Young's interference fringes (hereinafter referred to as “| K (Δt) |”) and the reciprocal of the shift distance | M (Δt) | There is a proportional relationship determined by the wavelength λ of the reading light (He-Ne laser light) applied to the reading side surface 7S r of the SLM 7 and the focal length f 12 of the Fourier transform lens 12.
【数2】|K(△t)|=λf12/|M(△t)| したがって、該ヤングの干渉縞の空間周波数U(△t)
は、次の数式で定められる。| K (Δt) | = λf 12 / | M (Δt) | Therefore, the spatial frequency U (Δt) of the Young's interference fringes
Is determined by the following mathematical formula.
【数3】 U(△t)=1/|K(△t)|=|M(△t)|/λf12 ## EQU3 ## U (Δt) = 1 / | K (Δt) | = | M (Δt) | / λf 12
【0014】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.
【0015】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0次、±1次、・・・の回折光光点の互い
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、以下の数式4に示すよ
うに、該ヤングの干渉縞の縞間隔|K(△t)|の値の
逆数と、FLC−SLM13の読みだし側面13Srに
照射した読みだし光(He−Neレーザ光)の波長λと
該フーリエ変換レンズ15の焦点距離f15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 comprising 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 zero-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 Young's interference fringes are arranged, the direction (X direction) along the paper surface of FIG.
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 lights are arranged at positions symmetrical with respect to the center point 15O. Here, the ± first-order diffracted light is the autocorrelation of the speckle pattern obtained as a result of performing the same processing as the joint transform correlation processing on the first and second speckle patterns having the same pattern. It is a signal light. The distances between the adjacent light points of the diffracted light spots of the 0th order, the ± 1st order, ... (Hereinafter, referred to as “| N (Δt) |”) are equal to each other, and their values are given by As shown in FIG. 4, the reciprocal of the value of the fringe spacing | K (Δt) | of the Young's interference fringes and the reading light (He-Ne laser light) irradiated on the reading side surface 13S r of the FLC-SLM 13 There is a constant proportional relationship determined by the wavelength λ and the focal length f 15 of the Fourier transform lens 15.
【数4】|N(△t)|=λf15/|K(△t)|## EQU4 ## | N (Δt) | = λf 15 / | K (Δt) |
【0016】したがって、上記数式1乃至4より、回折
光光点間距離|N(△t)|とシフト距離|M(△t)
|とは、以下の数式5の関係を有する。Therefore, from the above formulas 1 to 4, the distance between diffracted light spots | N (Δt) | and the shift distance | M (Δt)
| Has the relationship of Equation 5 below.
【数5】 |N(△t)|=λf15/|K(△t)|=λf15・U(△t) =|M(△t)|・(λf15/λf12) =|M(△t)|・(f15/f12)[Formula 5] | N (Δt) | = λf 15 / | K (Δt) | = λf 15 · U (Δt) = | M (Δt) | · (λf 15 / λf 12 ) = | M (△ t) | ・ (f 15 / f 12 )
【0017】ところで、本発明者は、該回折光光点と該
ヤングの干渉縞の縞間隔|K(△t)|(すなわち空間
周波数U(△t))との関係について、検討・研究を行
った結果、後述するように、光点間距離|N(△t)|
のみならず0次回折光の光強度(以下、「I」という)
も、ヤングの干渉縞縞間隔|K(△t)|と一定の関係
を有していることを実験的に発見した。すなわち、0次
回折光の光強度Iは、ヤングの干渉縞の空間周波数U
(△t)と図2に示すような一対一の関係、すなわち、
U(△t)が大きいほどIが大きくなるという単調増加
関係にあるということを実験的に発見した。かかる特性
によれば、図2に示すように、Iと被測定物体の移動距
離|S(△t)|も、一定の関係、すなわち、一対一の
対応関係を有していることがわかる。具体的には、I
は、|S(△t)|が大きいほど大きくなる単調増加関
係にある。数式1乃至3によれば、|S(△t)|とU
(△t)とは比例関係にあるからである。さらに、Iと
回折光光点間距離|N(△t)|も、一対一の対応関係
(単調増加関係)にあることがわかる。数式5によれ
ば、|N(△t)|とU(△t)とも比例関係にあるか
らである。なお、本発明者はさらに、+1次または−1
次回折光(以下、「一次回折光」という)の光強度も、
図2に示すごとく、|K(△t)|、U(△t)、及
び、|S(△t)|と、一対一の対応関係(詳しくは、
単調減少関係)にあることを実験的に発見した。By the way, the present inventor has studied and studied the relationship between the diffracted light spot and the fringe spacing | K (Δt) | of the Young's interference fringes (that is, the spatial frequency U (Δt)). As a result, the distance between light spots | N (Δt) |
Not only the light intensity of 0th-order diffracted light (hereinafter referred to as "I")
Also experimentally found that they have a certain relationship with Young's interference fringe spacing | K (Δt) |. That is, the light intensity I of the 0th-order diffracted light is the spatial frequency U of Young's interference fringes.
(Δt) and the one-to-one relationship as shown in FIG.
It was experimentally discovered that there is a monotonically increasing relationship in which I increases as U (Δt) increases. According to this characteristic, as shown in FIG. 2, it can be seen that I and the moving distance | S (Δt) | of the measured object also have a fixed relationship, that is, a one-to-one correspondence relationship. Specifically, I
Has a monotonically increasing relationship that increases as | S (Δt) | increases. According to Equations 1 to 3, | S (Δt) | and U
This is because (Δt) has a proportional relationship. Furthermore, it can be seen that I and the distance | N (Δt) | between the diffracted light spots also have a one-to-one correspondence relationship (monotonically increasing relationship). This is because according to Equation 5, | N (Δt) | and U (Δt) are also in a proportional relationship. In addition, the present inventor further
The light intensity of the second-order diffracted light (hereinafter referred to as “first-order diffracted light”)
As shown in FIG. 2, there is a one-to-one correspondence relationship between | K (Δt) |, U (Δt), and | S (Δt) |
It was discovered experimentally that there is a monotonically decreasing relationship.
【0018】そこで、本発明の測定・制御部1Dでは、
一次元位置測定用半導体位置検出素子(PSD)16と
フォトダイオード116を、それらの入射窓16S及び
116S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、図3(A)及び(B)に示す
ように、フォトダイオード116の円形入射窓116S
を、像側焦点面15Fの中心点15Oに配置して、これ
に0次回折光光点が入射しうるようにしている。フォト
ダイオード116は、入射した0次回折光光点の光強度
値Iに対応した信号を出力する。なお、入射窓116S
の面積は、0次回折光光点の全領域が入射窓116S内
に入射するよう、0次回折光光点のスポットサイズより
大きくしなければならない。入射窓116Sの面積はま
た、+1次及び−1次回折光光点が入射窓116Sに入
射しないような大きさに制限する必要がある。これら+
1次及び−1次の回折光の影響を除去して0次回折光の
光強度を正確に測定する必要があるからである。一方、
PSD16は、その検出しうる一次元方向がX方向に平
行に延びるように配置されている。PSD16はまた、
入射窓16Sの原点16Sx0が中心点15OからX方向
に所定距離dだけ離間するように、配置されている。な
お、入射窓16SのX方向における長さをLとする。P
SD16は、その入射窓16Sに+1次の回折光光点が
入射した場合に、その重心位置(すなわち、ピーク位
置)の原点16Sx0からの距離Xを示す信号を出力す
る。したがって、PSD116の検出結果たるXと回折
光光点間距離|N(△t)|とは、以下の数式6の関係
がある。Therefore, in the measurement / control unit 1D of the present invention,
The semiconductor position detecting element (PSD) 16 for one-dimensional position measurement and the photodiode 116 are arranged so that their incident windows 16S and 116S are located on the image side focal plane 15F. More specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, the circular entrance window 116S of the photodiode 116 is used.
Is arranged at the center point 15O of the image-side focal plane 15F so that the 0th-order diffracted light spot can enter it. The photodiode 116 outputs a signal corresponding to the light intensity value I of the incident 0th-order diffracted light spot. Incidentally, the entrance window 116S
Must be larger than the spot size of the 0th-order diffracted light spot so that the entire area of the 0th-order diffracted light spot is incident on the entrance window 116S. The area of the entrance window 116S also needs to be limited to a size such that the + 1st-order and -1st-order diffracted light spots do not enter the entrance window 116S. These +
This is because it is necessary to remove the influence of the 1st-order and -1st-order diffracted light and accurately measure the light intensity of the 0th-order diffracted light. on the other hand,
The PSD 16 is arranged so that the one-dimensional direction that can be detected extends parallel to the X direction. PSD16 also
The origin 16S x0 of the entrance window 16S is arranged so as to be separated from the center point 15O by a predetermined distance d in the X direction. The length of the entrance window 16S in the X direction is L. P
When the + 1st-order diffracted light spot is incident on the incident window 16S, the SD 16 outputs a signal indicating the distance X from the origin 16S x0 of the center of gravity position (that is, the peak position). Therefore, the detection result X of the PSD 116 and the diffracted light light spot distance | N (Δt) | have the relationship of the following expression 6.
【数6】|N(△t)|=X+d したがって、上記の数式1乃至6より、以下の数式7が
求められる。[Expression 6] | N (Δt) | = X + d Therefore, the following Expression 7 is obtained from the above Expressions 1 to 6.
【数7】 |S(△t)|=(1/m)・(f12/f15)・(X+d) また、被測定物体30の移動速度Vは、以下の数式8で
求められる。Equation 7] | S (△ t) | = The (1 / m) · (f 12 / f 15) · (X + d), the moving velocity V of the object to be measured 30 are obtained by the following equation 8.
【数8】V=|S(△t)|/△t[Formula 8] V = | S (Δt) | / Δt
【0019】図1に示すように、測定・制御部1Dに
は、PSD16とフォトダイオード116に接続された
演算・制御装置17が設けられている。演算・制御装置
17には、フォトダイオード116から0次回折光強度
Iを示す信号が入力されると共に、PSD16から+1
次回折光の重心位置(ピーク位置)を示す信号が入力さ
れる。演算・制御装置17には、既述の数式7及び8が
格納されており、PSDからの信号に基づき数式7、8
を演算する。演算・制御装置17はまた、LDコントロ
ーラ4を介してレーザダイオード3に接続されており、
レーザダイオード3がレーザ光を被測定物体30に照射
するのを制御する。ここで、演算・制御装置17は、L
Dコントローラ4を介して二重書き込み間隔△tの値を
も調整する。演算・制御装置17はまた、FLC−SL
Mコントローラ19を介して第一及び第二のFLC−S
LM7、13に接続されており、これらを駆動制御す
る。換言すれば、演算・制御装置17は、LDコントロ
ーラ4とFLC−SLMコントローラ19を介して、後
述する回折光形成動作Fを実行し、レンズ15の像側焦
点面15F上に回折光光点を結像させる。より具体的に
は、演算・制御装置17は、フォトダイオード116か
らの信号に基づいて、LDコントローラ4を介して二重
書き込み間隔△tを調整し、コントローラ4、19を介
して後述の回折光形成動作Fを実行する。かかる回折光
形成動作Fは、フォトダイオード116からの信号によ
り+1次回折光光点がPSD16の入射窓16S内に入
射したことが判断されるまで、繰り返し実行される。+
1次回折光光点がPSD16の入射窓16S内に入射し
たことが判断されると、演算・制御装置17は、その際
にPSD16が出力した信号の示すX値に基づき既述の
数式7及び8の演算を実行して、被測定物体の移動距離
|S(△t)|及び移動速度Vを求める。演算・制御装
置17には速度表示装置18が接続されている。この速
度表示装置18は、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。As shown in FIG. 1, the measurement / control unit 1D is provided with an arithmetic / control device 17 connected to the PSD 16 and the photodiode 116. A signal indicating the 0th-order diffracted light intensity I is input from the photodiode 116 to the calculation / control device 17, and the PSD 16 outputs +1.
A signal indicating the barycentric position (peak position) of the next-order diffracted light is input. The arithmetic and control unit 17 stores the above-mentioned formulas 7 and 8, and the formulas 7 and 8 are stored based on the signal from the PSD.
Is calculated. The arithmetic and control unit 17 is also connected to the laser diode 3 via the LD controller 4,
The laser diode 3 controls the irradiation of the laser light to the object 30 to be measured. Here, the arithmetic / control device 17 is L
The value of the double write interval Δt is also adjusted via the D controller 4. The arithmetic and control unit 17 is also FLC-SL.
First and second FLC-S via M controller 19
It is connected to the LMs 7 and 13 and drives and controls them. In other words, the arithmetic / control device 17 executes a diffracted light forming operation F described later via the LD controller 4 and the FLC-SLM controller 19 to form a diffracted light spot on the image side focal plane 15F of the lens 15. Form an image. More specifically, the arithmetic / control device 17 adjusts the double write interval Δt via the LD controller 4 based on the signal from the photodiode 116, and the diffracted light described later via the controllers 4 and 19. The forming operation F is executed. The diffracted light forming operation F is repeatedly executed until it is determined by the signal from the photodiode 116 that the + 1st order diffracted light spot has entered the entrance window 16S of the PSD 16. +
When it is determined that the first-order diffracted light spot has entered the entrance window 16S of the PSD 16, the arithmetic / control unit 17 uses the above-described expressions 7 and 8 based on the X value indicated by the signal output by the PSD 16 at that time. Is calculated to obtain the moving distance | S (Δt) | and the moving speed V of the measured object. A speed display device 18 is connected to the arithmetic / control device 17. The speed display device 18 determines the moving speed V of the measured object obtained.
The value of is displayed on the display surface.
【0020】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4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7
H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Vw,
Veと補償電圧Vwc,Vecをパルス状に印加する。この
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7S
w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. 4, 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”)
7B and the 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.
And a glass layer 7I and an antireflection film 7J. 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 7
As will be described later, the FLC-SLM controller 19 receives the drive voltage V w for writing and erasing between H and H.
V e and the compensation voltages V wc and V ec are applied in pulses. The compensation voltages V wc and V ec are applied to prevent deterioration of the liquid crystal layer 7F. Also, as shown in FIG.
The light emitting diode (LED) 6 has a writing side light incident surface 7S.
It is provided so as to irradiate the entire surface of w , and the liquid crystal layer 7F
It is used to erase the image already recorded on the.
【0021】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 voltage applied 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 M13 have extremely fast writing speed and are extremely excellent in real-time measurement property. Since it is a binary recording device, it is suitable for recording speckle patterns and Young's interference fringes. The details of the structure and operation of the FLC-SLM are described in JP-A-2-289827.
【0022】上記構成の測定装置1が演算・制御装置1
7の制御のもと実行する回折光形成動作Fについて、図
5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−S
LMコントローラ19を介して、該第一のFLC−SL
M7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、LDコン
トローラ4を介してレーザダイオード3を制御し、二重
書き込み間隔Δtをおいて2回レーザ光を被測定物体3
0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。一方、He−Neレーザ装置2からのレーザ光は、
FLC−SLM7の読みだし側面7Srに常に照射され
ている。したがって、該FLC−SLM7に二重記録さ
れたスペックルパターンがただちに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FLC−SLM13に消去用の補償電圧
Vecと駆動電圧Veを加える。これと同時に、発光ダイ
オード14が該FLC−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13B・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。He−Ne
レーザ装置2からのレーザ光は、FLC−SLM13の
読みだし側面13Srに常に照射されている。したがっ
て、該FLC−SLM13に記録されたヤングの干渉縞
がただちに読み出され、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。The measuring device 1 having the above configuration is the arithmetic / control device 1
The diffracted light forming operation F executed under the control of 7 will be described with reference to FIG. 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 / control unit 17 operates the FLC-S.
Via the LM controller 19, the first FLC-SL
The erasing compensation voltage V ec and the erasing drive voltage V e are applied in this order between the electrodes 7B and 7H of the M7 for the same time.
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 write compensation voltage V wc and the write drive 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 laser diode 3 via the LD controller 4 while applying the write drive voltage V w , and the laser light is irradiated twice with a double write interval Δt. Measuring object 3
0 is irradiated. In this way, the FLC-SLM7
Double-record the first and second speckle patterns. On the other hand, the laser light from the He-Ne laser device 2 is
The reading side surface 7S r of the FLC-SLM 7 is always illuminated. Therefore, the speckle pattern double-recorded on the FLC-SLM 7 is immediately read and Young's interference fringes are formed. The arithmetic / control device 17 applies the voltages V wc and V w to the first FLC-SLM 7, and at the same time, supplies the compensation voltage V ec for erasing and the driving voltage V e to the second FLC-SLM 13. Add. At the same time, the light emitting diode 14 irradiates the FLC-SLM 13 with uniform light to erase the image recorded in the previous measurement. The arithmetic / control device 17 terminates the writing of the speckle pattern to the FLC-SLM 7 and at the same time
The write compensation voltage V wc and the write drive voltage V w are sequentially applied between the voltages 13B and 13H of the SLM 13 to record Young's interference fringes on the FLC-SLM 13. He-Ne
The laser light from the laser device 2 is always applied to the reading side surface 13S r of the FLC-SLM 13. Therefore, the Young's interference fringes recorded on the FLC-SLM 13 are immediately read, and a diffracted light spot showing the correlation between the first and second speckle patterns is formed.
【0023】本発明の測定装置1においては、フォトダ
イオード116の出力信号に基づき二重書き込み間隔△
tを調整しながら、上記回折光形成動作Fを繰り返し行
う。そして、フォトダイオード116の出力信号が+1
次回折光光点がPSD16の入射窓16S内に入射した
ことを示したところで、演算・制御装置17は、PSD
16の出力信号に基づき数式7及び8の演算を行い、被
測定物体30の移動距離及び移動速度を求める。In the measuring apparatus 1 of the present invention, the double write interval Δ is determined based on the output signal of the photodiode 116.
The diffracted light forming operation F is repeatedly performed while adjusting t. The output signal of the photodiode 116 is +1.
When it is shown that the next-order diffracted light spot has entered the entrance window 16S of the PSD 16, the arithmetic / control unit 17 determines that the PSD
Equations 7 and 8 are calculated based on the 16 output signals to obtain the moving distance and moving speed of the measured object 30.
【0024】かかる測定動作について、以下、説明す
る。The measurement operation will be described below.
【0025】回折光形成動作Fにて得られる回折光の光
点間距離|N(△t)|と0次光強度Iとは、既述のよ
うに図2の関係にある。したがって、数式6より、0次
光強度IはPSD16の検出結果Xに対しても単調増加
関係にある。ここで、X=0の場合(|N(△t)|=
dの場合)の0次光強度をIa、X=Lの場合(|N
(△t)|=L+dの場合)の0次光強度をIbとする
と、フォトダイオード116がIa≦I≦Ibなる0次
光強度Iを検出した場合にのみ、+1次回折光光点がP
SD16の入射窓16S内に入射していることがわか
る。そこで、本実施例の測定装置1では、フォトダイオ
ード116がIa≦I≦Ibなる0次光強度Iを検出す
るまで、LDコントローラ4を介して二重書き込み間隔
△tを調整する。Ia≦I≦Ibなる0次光強度Iが得
られると、演算・制御装置17は、その際のPSD16
の出力結果Xに基づき数式7及び8を演算して、移動距
離|S(△t)|及び移動速度Vを求める。The inter-spot distance | N (Δt) | of the diffracted light obtained in the diffracted light forming operation F and the zero-order light intensity I have the relationship shown in FIG. 2 as described above. Therefore, from Expression 6, the 0th-order light intensity I has a monotonically increasing relationship with the detection result X of the PSD 16. Here, when X = 0 (| N (Δt) | =
In the case of d), the 0th-order light intensity is Ia, and when X = L (| N
If the 0th-order light intensity of (Δt) | = L + d) is Ib, the + 1st-order diffracted light spot becomes P only when the photodiode 116 detects the 0th-order light intensity I satisfying Ia ≦ I ≦ Ib.
It can be seen that the light is incident on the incident window 16S of SD16. Therefore, in the measuring apparatus 1 of the present embodiment, the double writing interval Δt is adjusted via the LD controller 4 until the photodiode 116 detects the 0th order light intensity I that satisfies Ia ≦ I ≦ Ib. When the 0th-order light intensity I that satisfies Ia ≦ I ≦ Ib is obtained, the arithmetic / control unit 17 causes the PSD 16 in that case.
Equations 7 and 8 are calculated on the basis of the output result X of ## EQU1 ## to obtain the moving distance | S (Δt) | and the moving speed V.
【0026】かかる測定動作を、図7に示すフローチャ
ートを参照して説明する。演算・制御装置17はまず、
LDコントローラ4を介して二重書き込み間隔△tを所
定の値Ti(i=1)に設定し、FLC−SLMコント
ローラ19を介して第i回目(i=1)の回折光形成動
作Fi(i=1)を実行する(ステップS1)。演算・
制御装置17は次に、フォトダイオード116の検出結
果たる0次光光強度I(Ii:i=1)を受け取り、こ
れがIa≦Iiの関係を満たすか否か判断する(ステッ
プS2)。Ia>Iiの場合には、被測定物体の移動速
度Vが比較的小さいため二重書き込み間隔Ti(i=
1)間に被測定物体の移動した移動距離|S(△t)|
が小さく、回折光光点間距離|N(△t)|がdより小
さくなっていることがわかる。この場合には、+1次回
折光光点はPSD16の入射窓16Sには入射していな
い。したがって、演算・制御装置17は、二重書き込み
間隔△tを、今回(第i回目)の回折光形成動作Fiに
て採用した所定の値Tiより大きい値Ti+1に設定しなお
し(ステップS3、S4)、FLC−SLMコントロー
ラ19を介して第i+1回目の回折光形成動作Fi+1を
実行する(ステップS1)。回折光形成動作により得ら
れた0次光強度IiがIa≦Iiの関係を満たしたら(ス
テップS2:Yes)、演算・制御装置17はさらに、
該光強度IiがIi≦Ibの関係を満たしているか否か判
断する(ステップS5)。Ii>Ibの場合には、被測
定物体の移動速度Vが比較的大きいため二重書き込み間
隔Ti間に被測定物体の移動した移動距離|S(△t)
|が大きく、回折光光点間距離|N(△t)|がd+L
より大きくなっていることがわかる。この場合にも、+
1次回折光光点はPSD16の入射窓16Sに入射して
いない。したがって、演算・制御装置17は、二重書き
込み間隔△tを、今回(第i回目)の回折光形成動作F
iにて採用した所定の値Tiより小さい値Ti+1に設定し
なおし(ステップS6、S7)、FLC−SLMコント
ローラ19を介して第i+1回目の回折光形成動作F
i+1を実行する(ステップS1)。一方、ある回(n回
目:i=n)の回折光形成動作Fi(i=n)にて得ら
れた0次光強度InがIa≦In≦Ibを満たすものと判
断された場合には(ステップS2、S5でYes)、+
1次回折光がPSD16の入射窓16S内に入射したも
のと判断される。したがって、演算・制御装置17は、
その回(第n回目)の回折光形成動作Fnを実行した際
にPSD16が検出したX値に基づいて数式7及び8を
演算し、被測定物体の移動距離|S(△t)|及び移動
速度Vを求める(ステップS8)。The measurement operation will be described with reference to the flow chart shown in FIG. First, the arithmetic / control device 17
The double writing interval Δt is set to a predetermined value T i (i = 1) via the LD controller 4, and the i-th (i = 1) diffracted light forming operation F i is set via the FLC-SLM controller 19. (I = 1) is executed (step S1). Calculation·
Next, the controller 17 receives the 0th-order light intensity I (I i : i = 1) which is the detection result of the photodiode 116, and determines whether or not this satisfies the relation of Ia ≦ I i (step S2). When Ia> I i , the moving speed V of the object to be measured is relatively small, and thus the double writing interval T i (i =
1) the moving distance of the measured object during | S (Δt) |
Is small, and the distance | N (Δt) | between the diffracted light spots is smaller than d. In this case, the + 1st order diffracted light spot does not enter the entrance window 16S of the PSD 16. Therefore, the arithmetic / control device 17 resets the double writing interval Δt to a value T i + 1 larger than the predetermined value T i adopted in the diffracted light forming operation F i of this time (the i-th time). (Steps S3 and S4), the i + 1-th diffracted light forming operation F i + 1 is executed via the FLC-SLM controller 19 (step S1). When the 0th-order light intensity I i obtained by the diffracted light forming operation satisfies the relation of Ia ≦ I i (step S2: Yes), the arithmetic / control device 17 further
It is determined whether or not the light intensity I i satisfies the relationship of I i ≤Ib (step S5). If I i > Ib, the moving speed V of the object to be measured is relatively high, and thus the moving distance | S (Δt) of the object to be measured during the double writing interval T i.
Is large, and the distance between diffracted light spots | N (Δt) | is d + L
You can see that it is larger. Also in this case, +
The first-order diffracted light spot does not enter the entrance window 16S of the PSD 16. Therefore, the arithmetic / control device 17 sets the double writing interval Δt to the diffracted light forming operation F of this time (the i-th time).
The value T i + 1 smaller than the predetermined value T i adopted in i is reset (steps S6 and S7), and the i + 1-th diffracted light forming operation F is performed via the FLC-SLM controller 19.
i + 1 is executed (step S1). On the other hand, when it is determined that the 0th-order light intensity I n obtained in the diffracted light forming operation F i (i = n) at a certain time (n-th time: i = n) satisfies Ia ≦ I n ≦ Ib To (Yes in steps S2 and S5), +
It is determined that the first-order diffracted light has entered the entrance window 16S of the PSD 16. Therefore, the arithmetic / control device 17
Equations 7 and 8 are calculated based on the X value detected by the PSD 16 when the diffracted light forming operation F n of that time (the n-th time) is executed, and the moving distance | S (Δt) | The moving speed V is obtained (step S8).
【0027】以上のように、本実施例の測定装置1によ
れば、+1次回折光がPSD16の入射窓16Sよりは
ずれた場合でも、フォトダイオード116により得られ
た0次光強度により、+1次回折光の位置を知ることが
できる。したがって、0次光強度の検出値に基づき二重
書き込み間隔△tを調整することにより、極めて敏速に
+1次回折光をPSD16の入射窓16S内に戻すこと
ができる。また、このように、0次回折光の強度を検出
しその結果より+1次回折光の位置をおおまかに知るこ
とができるため、被測定物体の見かけ上の移動量を様々
に変化させて+1次回折光の位置を探索する操作の必要
がない。したがって、従来に比べより短時間にて測定を
行うことが可能である。さらに、本発明によれば、被測
定物体の広い範囲の速度変化に対してその測定が可能で
ある。また、0次回折光の強度より+1次回折光の位置
をおおまかに知ることができるため、PSD16の入射
窓16Sの面積をより小さくすることができる。すなわ
ち、小型の位置計測装置にて計測が可能となる。As described above, according to the measuring apparatus 1 of the present embodiment, even if the + 1st order diffracted light deviates from the incident window 16S of the PSD 16, the + 1st order diffracted light is obtained by the 0th order light intensity obtained by the photodiode 116. You can know the position of. Therefore, by adjusting the double writing interval Δt based on the detected value of the 0th-order light intensity, the + 1st-order diffracted light can be returned extremely quickly into the entrance window 16S of the PSD 16. Further, as described above, since the intensity of the 0th-order diffracted light can be detected and the position of the + 1st-order diffracted light can be roughly known from the result, the apparent movement amount of the measured object can be changed variously to obtain the + 1st-order diffracted light. There is no need to search the position. Therefore, it is possible to perform the measurement in a shorter time than the conventional case. Furthermore, according to the present invention, it is possible to measure the velocity change of a wide range of the object to be measured. Moreover, since the position of the + 1st-order diffracted light can be roughly known from the intensity of the 0th-order diffracted light, the area of the entrance window 16S of the PSD 16 can be further reduced. That is, it becomes possible to measure with a small position measuring device.
【0028】なお、上述の実施例では、0次回折光光点
の光強度Iをフォトダイオードにより検出した。しかし
ながら、フォトダイオード116の代わりに別のPSD
116’を新たに設けても良い。すなわち、中心点15
OにPSD116’を配置し、0次回折光光点をその入
射窓116’Sに入射させても良い。この場合には、P
SD116’の複数の出力電極で得られる電流量の総和
を検出することにより、0次光光強度Iを求めることが
できる。また、0次光光点の重心位置も検出することが
できる。したがって、0次光光点の結像位置が変動し中
心点15Oよりずれた場合にも、回折光光点間距離|N
(△t)|を正確に検出することができ、被測定物体の
移動量|S(△t)|を高精度で測定することができ
る。In the above embodiment, the light intensity I of the 0th-order diffracted light spot is detected by the photodiode. However, instead of the photodiode 116, another PSD
116 'may be newly provided. That is, the center point 15
It is also possible to dispose the PSD 116 ′ in O and make the 0th-order diffracted light spot enter the incident window 116 ′S. In this case, P
The zero-order light intensity I can be obtained by detecting the total amount of current obtained at the plurality of output electrodes of SD116 '. Further, the position of the center of gravity of the 0th-order light spot can also be detected. Therefore, even when the image forming position of the 0th-order light spot fluctuates and deviates from the center point 15O, the distance between diffracted light spots | N
(Δt) | can be accurately detected, and the amount of movement | S (Δt) | of the object to be measured can be measured with high accuracy.
【0029】また、上述の実施例においては、フォトダ
イオード16の検出結果に基づき+1次回折光がPSD
16の入射窓16S内に入射するように制御した後、P
SD16の検出結果に基づいて被測定物体の移動距離|
S(△t)|を求めている。しかしながら、以下のよう
に、フォトダイオード16の検出結果に基づき+1次回
折光がPSD16の入射窓16Sの中心部に入射するよ
うに制御し、その後に、PSD16の検出結果に基づい
て移動距離を求めても良い。すなわち、図2のグラフに
おいて、X=L/2の場合(|N(△t)|=d+(L
/2)の場合)の0次光強度をIcとすると、フォトダ
イオード16が0次光強度Ic−dIc≦I≦Ic+d
Ic(ここで、dIcは所定の微小値)を検出した場合
に、+1次光光点がPSD16の入射窓16Sの中心領
域に入射していることがわかる。したがって、フォトダ
イオード116で得られる0次光強度Iが関係式Ic−
dIc≦I≦Ic+dIcを満足するまで、二重書き込
み間隔△tを調整しながら回折光形成動作Fを繰り返し
実行し、該関係式を満足する0次光強度Iが得られたと
ころで、PSD16の検出結果を基に数式7及び8の演
算を行っても良い。PSDは、一般に、その中心領域の
精度が高いため、かかる方法によれば、被測定物体の移
動距離及び移動速度をより高精度で求めることができ
る。Further, in the above embodiment, the + 1st order diffracted light is PSD based on the detection result of the photodiode 16.
After controlling the light to enter the 16 incident windows 16S, P
Moving distance of the measured object based on the detection result of SD16 |
S (Δt) | However, as described below, the + 1st-order diffracted light is controlled to enter the center of the entrance window 16S of the PSD 16 based on the detection result of the photodiode 16, and then the moving distance is obtained based on the detection result of the PSD 16. Is also good. That is, in the graph of FIG. 2, when X = L / 2 (| N (Δt) | = d + (L
/ 2)) and the 0th-order light intensity is Ic, the photodiode 16 causes the 0th-order light intensity Ic-dIc ≦ I ≦ Ic + d.
When Ic (here, dIc is a predetermined minute value) is detected, it can be seen that the + 1st-order light spot is incident on the central region of the incident window 16S of the PSD 16. Therefore, the 0th-order light intensity I obtained by the photodiode 116 is expressed by the relational expression Ic-
Until dIc ≦ I ≦ Ic + dIc is satisfied, the diffracted light forming operation F is repeatedly executed while adjusting the double writing interval Δt, and when the 0th-order light intensity I satisfying the relational expression is obtained, the PSD 16 is detected. You may perform the calculation of Numerical formula 7 and 8 based on a result. Since the PSD generally has high accuracy in its central region, such a method can obtain the moving distance and moving speed of the measured object with higher accuracy.
【0030】また、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、該被測定物体の移動量を測定している。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。さらに、上述
の実施例では、レーザダイオード3が所定の時刻間隔Δ
t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、図6に示すように、レー
ザダイオード3が、レーザ光を被測定物体30に常に照
射させるようにしても良い。この場合には、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に二重記録するようにしても良い。なお、該照射
時刻t1及びt2に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する。In the above embodiment, the object to be measured is irradiated with laser light to form a speckle pattern on the reflected light, and the amount of movement 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-mentioned embodiment, the laser diode 3 is set to the predetermined time interval Δ.
The object to be measured 30 is irradiated with the laser light twice after the time t. However, as shown in FIG. 6, the laser diode 3 may always irradiate the measured object 30 with laser light. In this case, FLC-S
The LM controller 19 pulse-writes the write drive voltage V w to the first FLC-SLM 7 at the first and second times t 1 and t 2 (that is, twice at the 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 recording may be performed in the 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.
【0031】さらに、上述の実施例では、図5及び6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−SLM7の読みだし側光入射面7Srに
は、FLC−SLM7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−SLM13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−SLM13の読みだし側光入射面13S
rには、FLC−SLM13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H
e−Neレーザ光を選択的に読みだし側光入射面7
Sr、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1
0、11に、それぞれ、光シャッタ21及び22を設け
れば良い。Further, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, He-Ne laser light is always applied to the reading side light incident surfaces 7S r and 13S r of the first and second FLC-SLMs 7 and 13. Is being irradiated. However, the irradiation may be performed at the timing shown by the dotted line in the figure. That is,
The reading side light incident surface 7S r of the first FLC-SLM 7 is irradiated with He—Ne laser light for a certain period of time after the application of the write drive voltage V w to the FLC-SLM 7, and then the Young's Form interference fringes. At the same time, the voltages V wc and V w are applied to the second FLC-SLM 13 to record the formed Young's interference fringes. Similarly,
Light-incident surface 13S on the reading side of the second FLC-SLM 13
After the application of the write drive voltage V w to the FLC-SLM 13 is finished, the r is irradiated with the He—Ne laser light for a certain period of time to form a diffracted light spot. Note that H
E-Ne laser light is selectively read out and the side light incident surface 7
S r, in order to irradiate the 13S r, for example, as indicated by a dotted line in FIG. 1, the first and second readout optical system 1
Optical shutters 21 and 22 may be provided at 0 and 11, respectively.
【0032】本発明者は、本発明の測定装置1における
0次回折光強度Iと被測定物体の移動距離|S(△t)
|の関係を調べるべく、以下の実験を行った。The inventor of the present invention has found that the 0th-order diffracted light intensity I and the moving distance of the object to be measured | S (Δt) in the measuring apparatus 1 of the present invention.
The following experiment was conducted in order to investigate the relationship of |.
【0033】この実験においては、図8に示すように、
レーザダイオード3を使用せず、He−Neレーザ光を
被測定物体30たるスリガラス板に照射し続けた。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、DCサーボモーターベ
ルトにより移動ステージ31を矢印Vの方向に移動させ
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(λ=0.632x10-3
[mm])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は使用しなかっ
た。したがって、数式1における結像倍率m=1であ
る。また、第一及び第二のフーリエ変換レンズ12、1
5として、それぞれ、焦点距離f12=150[mm]及
びf15=1000[mm]のフーリエ変換レンズを使用
した。フォトダイオード116の代わりにPSD11
6’を設けて、PSD116’の出力電流の総和量が示
す0次回折光強度I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.
The He—Ne laser light was continuously applied to the ground glass plate as the measured object 30 without using the laser diode 3. The ground glass plate, which is the object to be measured 30, is 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, the moving stage 31 was moved in the direction of arrow V by the DC servo motor belt. In this experiment, He-Ne laser light (λ = 0.632 × 10 −3) transmitted through the ground glass plate which is the object to be measured 30.
[Mm]) was formed with a speckle pattern, and this was used for measurement. Further, the imaging lens 5 was not used. Therefore, the imaging magnification m = 1 in the mathematical formula 1. Also, the first and second Fourier transform lenses 12, 1
As No. 5, a Fourier transform lens having focal lengths f 12 = 150 [mm] and f 15 = 1000 [mm] was used. PSD 11 instead of photodiode 116
6 ′ was provided, and the 0th-order diffracted light intensity I indicated by the total amount of output currents of the PSD 116 ′ 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
I didn't use it either.
【0034】本実験においては、演算・制御装置17
が、図9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6の場合と同様に、He
−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
Vec、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、二重書き込
み間隔△t=1[ms]をおいて、2回、FLC−SL
M7に印加するようにした。一方、第二のFLC−SL
M13の消去用電圧Vec、Veの印加時間をそれぞれ1
000[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、
FLC−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−
SLM13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、He−Neレーザ光を
FLC−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、読みだし側面13
SrへのHe−Neレーザ光の照射時間を1950[μ
s]とした。上記のタイミングで行う測定を、時間間隔
4000+△t[μs]で繰り返し実行した。各測定を
実行する際、スリガラス板(すなわち移動ステージ)の
速度Vを300[mm/s]以上の様々な値に設定し
た。どの測定においても、二重書き込み間隔△tを1
[ms]に固定したので、|S(△t)|=V・1[m
s]を様々な値に変えその度に測定を実行したことにな
る。In this experiment, the arithmetic / 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. 6, He
The Ne glass light was continuously applied to the ground glass plate, which is the object to be measured. Erasing voltage V ec of the first FLC-SLM 7, 1000, respectively application time of V e [μs], the application time of the write compensation voltage V wc 300 [μs], and the application of the write driving voltage V w Set the time to 150 [μ
s]. The write drive voltage V w is set twice for the FLC-SL with a double write interval Δt = 1 [ms].
It was applied to M7. On the other hand, the second FLC-SL
The application time of the erase voltages V ec and V e of M13 is 1
000 [μs], and the application time of the write voltages V wc and V w was set to 500 [μs], respectively. In addition, in this experiment,
After writing the write voltage V wc and V w to the FLC-SLM 7 to record the speckle pattern, the He-Ne laser light is irradiated to the reading side surface 7S r of the FLC-SLM 7,
Young's interference fringes were formed. At the same time, FLC-
Writing voltages V wc and V w were applied to the SLM 13 to record Young's interference fringes. Then, by irradiating a He-Ne laser beam on the side surface 13S r read the FLC-SLM 13, to form a diffracted beam spot. In addition, reading side 13
Irradiation time of He-Ne laser light to S r is 1950 [μ
s]. The measurement performed at the above timing was repeatedly performed at a time interval of 4000 + Δt [μs]. When performing each measurement, the speed V of the ground glass plate (that is, the moving stage) was set to various values of 300 [mm / s] or more. In every measurement, set the double write interval Δt to 1
Since it is fixed to [ms], | S (Δt) | = V · 1 [m
[s] is changed to various values, and the measurement is executed each time.
【0035】ところで、本実験では、上述のように速度
Vを300[mm/s]以上に制約し二重書き込み間隔
△tを1[ms]に固定した。したがって、以下の数式
9より、回折光光点間距離|N(△t)|は2[mm]
以上に制約されることがわかる。By the way, in this experiment, the speed V was restricted to 300 [mm / s] or more and the double writing interval Δt was fixed to 1 [ms] as described above. Therefore, according to the following formula 9, the distance | N (Δt) | between the diffracted light spots is 2 [mm].
It can be seen that the above is restricted.
【数9】 |N(△t)|=(f15/f12)・|M(△t)| =(1000/150)x(300x1x10-3)=2[ms] また、本実験では、FLC−SLM13の面13Srへ
照射するHe−Neレーザ光(読みだし光)の直径を1
0[mm]に設定した。従って、以下の数式10より、
得られる0次回折光光点のスポット直径Rは、80x1
0-3[mm]となることがわかる。[Equation 9] | N (Δt) | = (f 15 / f 12 ) · | M (Δt) | = (1000/150) × (300 × 1 × 10 −3 ) = 2 [ms] In this experiment, The diameter of He-Ne laser light (reading light) with which the surface 13S r of the FLC-SLM 13 is irradiated is 1
It was set to 0 [mm]. Therefore, from Equation 10 below,
The spot diameter R of the obtained 0th-order diffracted light spot is 80 × 1.
It turns out that it becomes 0 -3 [mm].
【数10】 R=1.22x(0.632x10-3x1000)÷10 =80x10-3 以上の点を考慮し、本実験においては、PSD116’
の入射窓116S’のX方向における長さを1[mm]
程度に抑え、入射窓116S’が0次光スポット全体を
捉えるものの+1次及び−1次の回折光を捉えることが
ないようにした。R = 1.22x (0.632x10 -3 x1000) / 10 = 80x10 -3 Considering the above points, in this experiment, PSD116 ′ was used.
The length of the incident window 116S 'in the X direction is 1 [mm]
The incident window 116S ′ captures the entire 0th-order light spot, but does not capture the + 1st-order and −1st-order diffracted light.
【0036】かかる実験により、図10のグラフに示す
結果が得られた。すなわち、被測定物体の移動距離|S
(△t)|と0次光強度Iとの間に、図10のグラフに
示す関係があることが実験的に確かめられた。なお、こ
の図には、移動距離|S(△t)|と共に、FLC−S
LMに記録されたヤングの干渉縞の空間周波数U(△
t)と回折光光点間距離|N(△t)|の値をも併記し
た。(これらU(△t)と|N(△t)|の値は、|S
(△t)|から数式1及び5により得られたものであ
る。)この図10から明かなように、0次回折光光強度
Iは、|S(△t)|、U(△t)及び|N(△t)|
に対し、一対一の対応関係を有していることがわかっ
た。より詳しくは、0次回折光光強度Iは|S(△t)
|、U(△t)及び|N(△t)|に対し単調増加関数
になっていることがわかった。なお、この実験において
は、+1次回折光の光強度についても測定を行った。そ
の結果も図10に示した。この図より明かなように、+
1次回折光の光強度もまた、|S(△t)|、U(△
t)及び|N(△t)|に対し、一対一の対応関係を有
していることがわかった。より詳しくは、+1次回折光
光強度は、|S(△t)|、U(△t)及び|N(△
t)|に対し単調減少関数になっていることがわかっ
た。From the above experiment, the results shown in the graph of FIG. 10 were obtained. That is, the moving distance of the measured object | S
It was experimentally confirmed that the relationship shown in the graph of FIG. 10 exists between (Δt) | and the 0th-order light intensity I. In addition, in this figure, the moving distance | S (Δt) |
Spatial frequency U (△ of Young's interference fringes recorded in LM
The values of t) and the distance between diffracted light spots | N (Δt) | are also shown. (The values of U (Δt) and | N (Δt) |
It is obtained from (Δt) | by Equations 1 and 5. ) As is apparent from FIG. 10, the 0th-order diffracted light intensity I is | S (Δt) |, U (Δt) and | N (Δt) |
It has been found that there is a one-to-one correspondence with. More specifically, the 0th-order diffracted light intensity I is | S (Δt)
It was found that the function was a monotonically increasing function for |, U (Δt) and | N (Δt) |. In addition, in this experiment, the light intensity of the + 1st order diffracted light was also measured. The results are also shown in FIG. As is clear from this figure, +
The light intensity of the first-order diffracted light is also | S (Δt) |, U (Δ
It was found that there is a one-to-one correspondence with t) and | N (Δt) |. More specifically, the + 1st order diffracted light intensity is | S (Δt) |, U (Δt) and | N (Δ
It was found that there was a monotonically decreasing function for t) |.
【0037】以下、本発明の第二の実施例を図11を参
照しながら説明する。本実施例の光学的移動速度測定装
置100は、ガルバノミラー等の偏向器101とミラー
コントローラ102が設けられている点を除き、第一の
実施例の光学的移動速度測定装置1と同一である。偏向
器101は、被測定物体30からの第一及び第二の反射
光を偏向するためのものである。ここで、偏向器101
は、二重書き込み間隔△tの間にその偏向方向を偏向角
度θだけ変位させる。したがって、FLC−SLM7に
結像される第一及び第二のスペックルパターンは、見か
け上のシフト距離|M’(△t)|をもって離間するこ
とになる。この見かけ上のシフト距離|M’(△t)|
は、既述の数式1の代わりに以下の数式11を満たし、
かつ、既述の数式2乃至8の|M(△t)|を満足する
ものである。A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The optical moving speed measuring apparatus 100 of this embodiment is the same as the optical moving speed measuring apparatus 1 of the first embodiment except that a deflector 101 such as a galvanometer mirror and a mirror controller 102 are provided. . The deflector 101 is for deflecting the first and second reflected lights from the measured object 30. Here, the deflector 101
Shifts the deflection direction by the deflection angle θ during the double writing interval Δt. Therefore, the first and second speckle patterns imaged on the FLC-SLM 7 are separated by an apparent shift distance | M ′ (Δt) |. This apparent shift distance | M '(Δt) |
Satisfies the following formula 11 instead of the above-mentioned formula 1,
Further, it satisfies | M (Δt) |
【数11】 |M’(△t)|=α(θ、m)・|S(△t)| ここで、α(θ、m)は、偏向角度θ及びレンズ5の結
像倍率mに依存する変数である。一方、ミラーコントロ
ーラ102は、偏向器101の偏向角度θを調整し、見
かけ上のシフト距離|M’(△t)|を任意の値に調整
するためのものである。| M ′ (Δt) | = α (θ, m) · | S (Δt) | where α (θ, m) is the deflection angle θ and the imaging magnification m of the lens 5. It is a dependent variable. On the other hand, the mirror controller 102 is for adjusting the deflection angle θ of the deflector 101 and adjusting the apparent shift distance | M ′ (Δt) | to an arbitrary value.
【0038】以上の構成を有する本実施例の測定装置1
00においては、演算・制御装置17は、フォトダイオ
ード116の検出結果を観察し二重書き込み間隔△tの
かわりに偏向角度θをフィードバック調整しながら、回
折光形成動作Fを繰り返し実行する。フォトダイオード
116の検出結果たる0次光強度Iが、+1次回折光が
PSD16の入射窓16S内またはその中心領域に結像
されたことを示したところで、PSDの測定結果に基づ
き、数式7及び8の演算を行い、被測定物体の移動距離
及び速度を求める。なお、本実施例においては、偏向角
度θのみならず測定時刻間隔△tも併せて調整しても良
い。The measuring apparatus 1 of the present embodiment having the above configuration
In 00, the calculation / control device 17 observes the detection result of the photodiode 116 and feedback-adjusts the deflection angle θ instead of the double writing interval Δt, and repeatedly executes the diffracted light forming operation F. The 0th-order light intensity I, which is the detection result of the photodiode 116, indicates that the + 1st-order diffracted light is imaged in the incident window 16S of the PSD 16 or in the central region thereof. Is calculated to obtain the moving distance and speed of the object to be measured. In addition, in the present embodiment, not only the deflection angle θ but also the measurement time interval Δt may be adjusted together.
【0039】以上のように、本実施例の測定装置100
においても、+1次回折光がPSD16の入射窓16S
よりはずれた場合、フォトダイオード116により得ら
れた0次光強度により+1次回折光の位置を知ることが
できる。したがって、0次光強度の検出値に基づき偏向
角度(及び二重書き込み間隔)を調整することにより、
極めて敏速に+1次回折光をPSD16の入射窓16S
内に戻すことができる。また、0次回折光の強度の検出
結果より+1次回折光の位置をおおまかに知ることがで
きるため、被測定物体の見かけ上の移動量を様々に変化
させて+1次回折光の位置を探索する操作がいらなくな
り、短時間にて測定を行うことができる。また、被測定
物体の広い範囲の速度変化に対してその測定が可能であ
る。さらに、0次回折光の強度より+1次回折光の位置
をおおまかに知ることができるため、PSD16の入射
窓16Sの面積を小さくすることができる。As described above, the measuring apparatus 100 of this embodiment
Also, the + 1st-order diffracted light is incident on the incident window 16S of the PSD 16.
If it deviates further, the position of the + 1st order diffracted light can be known from the 0th order light intensity obtained by the photodiode 116. Therefore, by adjusting the deflection angle (and double writing interval) based on the detected value of the 0th-order light intensity,
Extremely promptly adds + 1st order diffracted light to the incident window 16S of the PSD 16.
Can be put back in. Further, since the position of the + 1st-order diffracted light can be roughly known from the detection result of the intensity of the 0th-order diffracted light, it is possible to change the apparent movement amount of the measured object in various ways to search the position of the + 1st-order diffracted light. Since it is unnecessary, the measurement can be performed in a short time. Further, it is possible to measure the speed change of the object to be measured over a wide range. Further, since the position of the + 1st order diffracted light can be roughly known from the intensity of the 0th order diffracted light, the area of the entrance window 16S of the PSD 16 can be reduced.
【0040】なお、上記第一及び第二の実施例において
は、フォトダイオード116とPSD16とは、レンズ
15の像側焦点面15F上に並行して配置されていた。
しかしながら、フォトダイオード116とPSD16と
は並行して配置する必要はない。例えば、図12に示す
ように、レンズ15の像側焦点面15Fの後段に他のレ
ンズ等の集光手段115を設け、0次の回折光点像を集
光手段115の後段に形成させて、そこにフォトダイオ
ード116を配置してもよい。この場合には、フォトダ
イオード116の入射窓116Sの面積は、新たな集光
手段115により集光される0次光光点のスポットサイ
ズのみにより決定され、得られる+1次回折光光点の位
置については考慮する必要がないという利点がある。た
だし、PSD16は、0次光の透過をさえぎってはなら
ないよう配置しなければならないのは当然である。In the first and second embodiments, the photodiode 116 and the PSD 16 are arranged in parallel on the image side focal plane 15F of the lens 15.
However, the photodiode 116 and the PSD 16 do not have to be arranged in parallel. For example, as shown in FIG. 12, a condensing unit 115 such as another lens is provided at the rear stage of the image-side focal plane 15F of the lens 15, and a 0th-order diffracted light point image is formed at the rear stage of the condensing unit 115. The photodiode 116 may be arranged there. In this case, the area of the incident window 116S of the photodiode 116 is determined only by the spot size of the 0th-order light spot condensed by the new condenser means 115, and the position of the + 1st-order diffracted light spot obtained is determined. Has the advantage that it does not need to be considered. However, it goes without saying that the PSD 16 must be arranged so as not to block the transmission of the 0th-order light.
【0041】以下、本発明の第三の実施例を図13を参
照しながら説明する。該実施例も上記第一、二の実施例
と同様、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ものである。The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Like the first and second embodiments, this embodiment also relates to an optical moving speed measuring device for measuring the moving speed of a moving object to be measured.
【0042】図13に示すように、本実施例の光学的移
動速度測定装置200の測定・制御部1Dには、第一の
実施例と異なり、PSD16はなくフォトダイオード1
16のみが設けられている。本実施例では、演算・制御
装置17は、フォトダイオード116による0次回折光
強度検出結果のみに基づき被測定物体の移動距離及び移
動速度の測定を行う。すなわち、既述のように、0次回
折光強度Iは、被測定物体の移動距離|S(△t)|に
対し図2及び10に示すような単調増加関数となってい
る。したがって、様々な値の移動距離|S(△t)|に
対して得られる0次光強度値Iを予め測定し、Iと|S
(△t)|との関係を示すグラフや数式等を求めておけ
ば、移動距離の不明な任意の被測定物体に対しても、フ
ォトダイオードの検出結果を測定することで、その移動
距離ひいては移動速度を求めることができる。したがっ
て、本実施例の測定装置200では、演算・制御装置1
7に、かかる予め得られたIと|S(△t)|との関係
を示すグラフや数式等を格納しておく。演算・制御装置
17は、フォトダイオード116から入力された0次光
強度値Iから、かかるグラフや数式等により被測定物体
の移動距離|S(△t)|を求め、さらに、数式8から
速度Vを演算する。As shown in FIG. 13, unlike the first embodiment, the measurement / control unit 1D of the optical movement velocity measuring apparatus 200 of this embodiment does not have the PSD 16 and the photodiode 1 does not.
Only 16 are provided. In this embodiment, the arithmetic / control device 17 measures the moving distance and moving speed of the measured object based only on the 0th-order diffracted light intensity detection result by the photodiode 116. That is, as described above, the 0th-order diffracted light intensity I has a monotonically increasing function as shown in FIGS. 2 and 10 with respect to the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured. Therefore, the 0th-order light intensity value I obtained for various moving distances | S (Δt) |
If a graph or a mathematical formula showing the relationship with (Δt) | is obtained, the moving distance, and thus the moving distance, of the object to be measured whose moving distance is unknown can be measured by measuring the detection result of the photodiode. The moving speed can be calculated. Therefore, in the measuring device 200 of the present embodiment, the arithmetic / control device 1
In FIG. 7, a graph, a mathematical expression or the like showing the relationship between I and | S (Δt) | obtained in advance is stored. The calculation / control device 17 obtains the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured from the 0th-order light intensity value I input from the photodiode 116 by using such graphs and mathematical formulas, and further calculates the speed from the mathematical formula 8. Calculate V.
【0043】フォトダイオード116は極めて高速に光
量を検出することができるため、応答速度の早いFLC
−SLM7、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とフ
ォトダイオード116とを組み合わせて構成された本実
施例の測定装置200も、短時間で測定を行うことがで
き、実時間測定性において極めて優れている。Since the photodiode 116 can detect the light amount extremely fast, the FLC having a fast response speed.
-The operation following the operation of the SLMs 7 and 13 can be performed. Therefore, the measuring apparatus 200 of the present embodiment, which is configured by combining the FLC-SLMs 7 and 13 and the photodiode 116, can also perform the measurement in a short time and is extremely excellent in the real-time measurement property.
【0044】なお、フォトダイオード116の代わり
に、光電子増倍管等の他の光強度検出手段を用いても良
い。また、PSDを用いても良い。Instead of the photodiode 116, other light intensity detecting means such as a photomultiplier tube may be used. Alternatively, PSD may be used.
【0045】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.
【0046】スペックルパターンを二重記録する手段7
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
(スペックルパターン)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。たとえば、MSLMでも良
い。Means 7 for double recording of speckle pattern
Is not limited to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, the light receiving pattern of the measured object at the first measurement time can be accumulated until at least the second measurement time, and the image (speckle pattern) of the measured object can be stored. Any spatial light modulator capable of double recording can be used. For example, MSLM may be used.
【0047】また、ヤングの干渉縞を記録する手段13
としては、強誘電性液晶空間光変調素子に限られず、T
NLC−SLM(ツイストネマティック液晶SLM)
や、位相変調タイプのSLM(例えばホモジニアスネマ
ティックSLM)でも良い。また、変調部にEO結晶を
用いたSLM(例えばMSLM)でもよい。ただし、変
調部として、回折効率にピーク値をもち特定な空間周波
数において高い回折効率を与えるような材料(例えば図
14のような回折効率を有するサーモプラスチック感光
材料)を用いたSLMは適さない。なぜなら、かかるS
LMでは、ヤングの干渉縞の空間周波数U(△t)と得
られる0次回折光強度Iとの間に一対一の対応関係(単
調増加または単調減少関係)が生じないからである。た
だし、測定に際し、一対一の対応関係(単調増加または
単調減少関係)が得られる範囲のみを使用するようにす
れば、かかる材料を用いたSLMも採用することができ
る。同様に、アナログの位相変調型のSLMも、一対一
の対応関係(単調増加または単調減少関係)が得られる
範囲を使用することにより該手段13として採用するこ
とができる。換言すれば、本発明の測定装置において採
用すべきヤングの干渉縞を記録するための手段として
は、記録される干渉縞の空間周波数U(△t)と、読み
だし光をこの干渉縞が記録された手段により変調し光学
的にフーリエ変換して得られる0次回折光の光強度Iと
が、(単調減少または単調増加の)一対一の対応関係を
有するものであれば良い。A means 13 for recording Young's interference fringes
Is not limited to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, but T
NLC-SLM (twisted nematic liquid crystal SLM)
Alternatively, a phase modulation type SLM (for example, a homogeneous nematic SLM) may be used. Further, an SLM (for example, MSLM) using an EO crystal for the modulator may be used. However, an SLM using a material having a peak value in the diffraction efficiency and giving a high diffraction efficiency at a specific spatial frequency (for example, a thermoplastic photosensitive material having the diffraction efficiency as shown in FIG. 14) is not suitable as the modulator. Because S
This is because in the LM, there is no one-to-one correspondence (monotonic increase or monotonic decrease relationship) between the spatial frequency U (Δt) of Young's interference fringes and the obtained 0th-order diffracted light intensity I. However, an SLM using such a material can also be adopted by using only a range where a one-to-one correspondence relationship (monotonic increase or monotonic decrease relationship) is obtained in the measurement. Similarly, an analog phase modulation type SLM can also be adopted as the means 13 by using a range in which a one-to-one correspondence relationship (monotonic increase or monotonic decrease relationship) is obtained. In other words, as means for recording the Young's interference fringes to be adopted in the measuring device of the present invention, the spatial frequency U (Δt) of the recorded interference fringes and the read light are recorded by the interference fringes. It is sufficient that the light intensity I of the 0th-order diffracted light obtained by performing the optical Fourier transform after being modulated by the means described above has a one-to-one correspondence (monotonically decreasing or monotonically increasing).
【0048】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を求めることがで
きる。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
変位量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−SLM
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-mentioned embodiment, the measuring device is fixed and the object to be measured is moving. However, conversely, the measuring device may be moving and the object to be measured is fixed. In this case, by measuring the amount of movement and the speed of the fixed measured object relative to the measuring device,
The absolute movement amount and speed of the speed measuring device can be obtained. 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 is only necessary to be able to measure the amount of displacement of the object, such as the amount of movement or distortion of the object. Furthermore, the measured object has
Instead of coherent light such as laser light, incoherent light may be emitted. In this case, the image of the measured object is displayed instead of the speckle pattern in the first FLC-SLM.
To record. 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 are obtained. This is because the diffracted light can be obtained by recording this on the second FLC-SLM and then reading out the recorded Young's interference fringes and performing Fourier transform.
【0049】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
を高めた後に、第一のFLC−SLM7の書き込み入射
面7Swに入射させるようにしてもよい。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 intensity is formed between the imaging lens 5 and the first FLC-SLM 7. A fire may be provided to increase the light intensity of the pattern, and then the light may be incident on the writing incident surface 7S w of the first FLC-SLM 7.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の光学的変位量測定装置においては、該光照射手段
が、該光学的変位量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
段の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、該第一の記録手段の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、0次の回折
光点像を有する第二のフーリエ変換像を形成する。該光
強度検出手段が、該第二のフーリエ変換像の0次の回折
光点像の光強度を検出する。該変位量特定手段が、該光
強度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量測定装置に対す
る相対的変位量を求める。したがって、本発明の光学的
変位量測定装置によれば、被測定対象の変位量を短時間
で測定でき、実時間測定性に極めて優れている。As is clear from the above description, in the optical displacement amount measuring device of the present invention, the light irradiating means is displaced relative to the optical displacement amount measuring device. The measurement target 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 second measurement times. The first coherent light projecting unit irradiates the first recording unit with coherent light to read the double-recorded image of 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 of the first recording unit. The second Fourier transform means Fourier-transforms the read first Fourier transform image to form a second Fourier transform image having a 0th-order diffracted light point image. The light intensity detecting means detects the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the second Fourier transform image. The displacement amount specifying means obtains a relative displacement amount of the object to be measured with respect to the optical displacement amount measuring device between the two measurement times based on the detection result of the light intensity detecting means. Therefore, according to the optical displacement amount measuring device of the present invention, the displacement amount of the object to be measured can be measured in a short time, and the real-time measurable property is extremely excellent.
【図1】本発明の第一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 a first embodiment of the present invention.
【図2】フーリエ変換レンズ15の像側焦点面15F上
に得られる0次回折光及び一次回折光の光強度と、ヤン
グの干渉縞の空間周波数U(△t)、被測定物体の移動
距離|S(△t)|、回折光光点間距離|N(△t)
|、及び、PSDの出力値Xの定性的関係を示すグラフ
である。FIG. 2 shows the light intensity of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light obtained on the image-side focal plane 15F of the Fourier transform lens 15, the spatial frequency U (Δt) of Young's interference fringes, and the moving distance of the measured object | S (Δt) |, distance between diffracted light spots | N (Δt)
It is a graph which shows the qualitative relationship of | and the output value X of PSD.
【図3】(A)は、図1のPSD16とフォトダイオー
ド116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り、(B)は、図1のPSD16
とフォトダイオード116とレンズ15の位置関係を説
明する平面説明図である。3A is a front explanatory view illustrating an arrangement state when the PSD 16 and the photodiode 116 of FIG. 1 are viewed from the lens 15 side, and FIG. 3B is a PSD 16 of FIG.
FIG. 7 is a plan view illustrating the positional relationship between the photodiode 116 and the lens 15.
【図4】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。FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator of FIG.
【図5】図1の光学的移動速度測定装置が実行する回折
光形成動作Fの動作タイミングチャートである。5 is an operation timing chart of a diffracted light forming operation F executed by the optical moving speed measuring apparatus of FIG.
【図6】図1の光学的移動速度測定装置が実行する回折
光形成動作Fの他の例の動作タイミングチャートであ
る。6 is an operation timing chart of another example of the diffracted light forming operation F executed by the optical moving speed measurement apparatus of FIG.
【図7】図1の光学的移動速度測定装置が回折光形成動
作Fを繰り返し実行することにより、被測定物体の移動
距離・移動速度を求める動作を示すフローチャートであ
る。FIG. 7 is a flowchart showing an operation in which the optical moving speed measuring apparatus of FIG. 1 repeatedly performs a diffracted light forming operation F to obtain a moving distance / moving speed of an object to be measured.
【図8】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. 8 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9】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. 9 is an operation timing chart of the measurement operation of the measuring apparatus 1 of the present invention adopted in the experiment.
【図10】0次回折光及び一次回折光の光強度と、ヤン
グの干渉縞の空間周波数U(△t)、回折光光点間距離
|N(△t)|、及び、被測定物体の移動距離|S(△
t)|の定性的関係を示す実験結果である。FIG. 10 shows the light intensities of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, the spatial frequency U (Δt) of Young's interference fringes, the diffracted light light point distance | N (Δt) | Distance | S (△
t) is an experimental result showing a qualitative relationship of |.
【図11】本発明の第二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. 11 is a plan view of an optical system showing an optical moving speed measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図12】フォトダイオード116の他の配置状態を説
明する平面説明図である。FIG. 12 is a plan view illustrating another arrangement state of photodiodes.
【図13】本発明の第三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. 13 is an optical system plan view showing an optical moving speed measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図14】サーモプラスチック感光材料の回折効率を示
すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the diffraction efficiency of a thermoplastic thermosensitive material.
【図15】従来の光学的変位量測定装置を示す光学系統
平面図である。FIG. 15 is an optical system plan view showing a conventional optical displacement amount measuring device.
1 光学的移動速度測定装置 2 He−Neレーザ装置 3 レーザダイオード 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 PSD 116 フォトダイオード 17 演算・制御装置 1 Optical Moving Speed Measuring Device 2 He-Ne Laser Device 3 Laser Diode 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 PSD 116 Photodiode 17 Calculation / Operation Control device
Claims (3)
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0次の回折光点像を有する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0次の回折光点像の光強度を検出するた
めの光強度検出手段と、該光強度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
第一の記録手段に対する相対的変位量を求めるための変
位量特定手段を備えたことを特徴とする光学的変位量測
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 out the first Fourier transform image, and Fourier transform of the read first Fourier transform image to form a 0th-order diffracted light spot Second for forming a second Fourier transform image with the image Fourier transform means, a light intensity detecting means for detecting the light intensity of the 0th-order diffracted light point image of the second Fourier transform image, and the second measurement based on the detection result of the light intensity detecting means. An optical displacement amount measuring device comprising a displacement amount specifying means for determining a relative displacement amount of the object to be measured with respect to the first recording means during a time.
手段の検出結果を演算して該二の測定時刻の間における
該被測定対象の該第一の記録手段に対する相対的変位量
を求めるための演算手段からなることを特徴とする請求
項1記載の光学的変位量測定装置。2. The displacement amount specifying means calculates a detection result of the light intensity detecting means to obtain a relative displacement amount of the object to be measured with respect to the first recording means between the two measurement times. The optical displacement amount measuring device according to claim 1, characterized in that it comprises a calculating means for
めの調整手段をさらに備え、前記光強度検出手段が、該
調整された第二のフーリエ変換像の0次の回折光点像の
光強度を検出し、前記変位量特定手段が、該光強度検出
手段の検出結果に基づいて該調整手段の調整状態を制御
するための制御手段と、該調整された第二のフーリエ変
換像が有する一次の回折光点像の重心の位置を検出する
ための光重心位置検出手段と、該光重心位置検出手段の
検出結果と該調整手段の調整状態に基づいて該二の測定
時刻間における該被測定対象と該第一の記録手段との相
対的変位量を演算するための変位量演算手段からなるこ
とを特徴とする請求項1記載の光学的変位量測定装置。3. The adjusting means for adjusting the second Fourier transform image, further comprising: the light intensity detecting means, wherein the adjusted zero-order diffracted light point image light of the second Fourier transform image is adjusted. The displacement amount identifying means has a control means for controlling the adjustment state of the adjusting means based on a detection result of the light intensity detecting means, and the adjusted second Fourier transform image. An optical center-of-gravity position detection means for detecting the position of the center of gravity of the first-order diffracted light point image, and the object to be detected between the two measurement times based on the detection result of the optical center-of-gravity position detection means and the adjustment state of the adjustment means. The optical displacement amount measuring device according to claim 1, further comprising a displacement amount calculation unit for calculating a relative displacement amount between the measurement target and the first recording unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05023693A JP3264544B2 (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Optical displacement measuring device |
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JPH06241725A true JPH06241725A (en) | 1994-09-02 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2018190111A1 (en) * | 2017-04-10 | 2018-10-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device, and observation method |
JP2018180178A (en) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device and observation method |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP05023693A patent/JP3264544B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP2018180177A (en) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device and observation method |
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CN110494794B (en) * | 2017-04-10 | 2021-07-27 | 浜松光子学株式会社 | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device, and observation method |
US11300800B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-04-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device, and observation method |
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US12093664B2 (en) | 2017-04-10 | 2024-09-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Pseudo speckle pattern generation device, pseudo speckle pattern generation method, observation device, and observation method |
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