JPH0827292B2 - Optical displacement measuring device - Google Patents

Optical displacement measuring device

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JPH0827292B2
JPH0827292B2 JP4088198A JP8819892A JPH0827292B2 JP H0827292 B2 JPH0827292 B2 JP H0827292B2 JP 4088198 A JP4088198 A JP 4088198A JP 8819892 A JP8819892 A JP 8819892A JP H0827292 B2 JPH0827292 B2 JP H0827292B2
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measured
image
fourier transform
diffracted light
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祐二 小林
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の相対的な変位量
や変位速度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
や変形量をいう。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement amount measuring device for optically measuring a relative displacement amount or displacement speed of an object. Here, the amount of displacement of the object means the amount of movement or deformation of the object.

【0002】[0002]

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

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかして、このように
相関演算により、移動量・移動速度を求める装置におい
ては、サンプル値の採取や相関演算に時間がかかり、実
時間測定性の点において十分でない。本発明は上記問題
点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定対
象の相対的変位量や変位速度を短時間で測定でき、実時
間測定性に優れた光学的変位量測定装置を提供すること
にある。本発明はさらに、相対的変位量や変位速度の検
出誤差を少なくし、測定精度が高く、ダイナミックレン
ジも大きい光学的変位量測定装置を提供することを目的
とする。
However, in such an apparatus for obtaining the moving amount / moving speed by the correlation calculation as described above, it takes time to collect the sample values and the correlation calculation, which is sufficient in terms of real-time measurable property. Not. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is an optical displacement amount measuring device capable of measuring a relative displacement amount and a displacement velocity of an object to be measured in a short time and excellent in real-time measurable property. To provide. It is another object of the present invention to provide an optical displacement amount measuring device that reduces detection errors of relative displacement amount and displacement velocity, has high measurement accuracy, and has a large dynamic range.

【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ヤン
グの干渉縞からなる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
数の回折光点からな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
換像のうちの1次回折光点の重心の位置を検出し、該二
の測定時刻間における該被測定対象の相対的変位量を求
めるための光重心位置検出手段と、該複数の回折光点間
の距離を調整することにより該光重心位置検出手段に該
1次回折光点のみを入射させるための調整手段と、から
構成される。ここで、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。また、該光重心位置検
出手段は光入射面を備えた半導体位置検出素子からな
り、該調整手段が、該複数の回折光点間の距離を調整す
ることにより該1次回折光点のみを該光入射面に入射さ
せることが好ましい。ここで、該調整手段は、該二の測
定時刻における該被測定対象の像の位置を相対的に調整
することにより、もって、該1次回折光点のみを該光入
射面に入射させることが好ましい。該調整手段は、該二
の測定時刻における該被測定対象の像を偏向させるため
の偏向手段からなり、該二の測定時刻における該偏向手
段の偏向方向を調整することにより、該第一の記録手段
に二重記録される際の該被測定対象の像の相対的位置を
調整し、もって、該1次回折光点のみを該光入射面に入
射させることが好ましい。該調整手段は、さらに、該二
の測定時刻の時刻間隔を調整する手段を備えていること
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. Yang and first coherent light projecting means for reading the recorded image, the read-out double recorded image by Fourier transform
First Fourier transform means for forming a first Fourier transform image composed of interference fringes, a second recording means for recording the first Fourier transform image, and the second recording means a second coherent light projecting means for reading a Fourier transform image of said first and irradiating coherent light, a first Fourier transform images read the Fourier transform to the double
Second Fourier transform means for forming a second Fourier transform image composed of a number of diffracted light spots , and detecting the position of the center of gravity of the first-order diffracted light spot in the second Fourier transform image, Between the plurality of diffracted light points, and an optical center-of-gravity position detecting means for obtaining a relative displacement amount of the object to be measured between measurement times of
By adjusting the distance of
And an adjusting means for making only the first-order diffracted light point incident . Here, it is preferable that the light irradiation means irradiates the object to be measured with coherent light to form a speckle pattern. In addition, the position of the optical center of gravity is detected.
The emitting means consists of a semiconductor position detecting element equipped with a light incident surface.
The adjusting means adjusts the distance between the plurality of diffracted light points.
As a result, only the first-order diffracted light spot is made incident on the light incident surface.
Preferably. Here, the adjusting means is
Relative adjustment of the position of the image of the measured object at a fixed time
By doing so, only the first-order diffracted light spot is
It is preferable to make the light incident on the projection surface. The adjusting means is
To deflect the image of the measured object at the measurement time of
The deflecting means at the second measuring time,
By adjusting the deflection direction of the step, the first recording means
The relative position of the image of the measured object when double-recorded on the
Adjust so that only the first-order diffracted light spot enters the light incident surface.
It is preferable to make it fire. The adjusting means further comprises:
Means for adjusting the time interval of the measurement time of
Is preferred.

【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、ヤングの干渉縞からなる第一の
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、複数の回折光
点からなる第二のフーリエ変換像を形成する。該調整手
段が、該複数の回折光点間の距離を調整することによ
り、該1次回折光点のみを該光重心位置検出手段に入射
させる。そして、該光重心位置検出手段が、該第二のフ
ーリエ変換像のうちの1次回折光点の重心位置を検出す
ることにより、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。ここで、該光照射手段が、コヒーレント光を照
射するものである場合には、該被測定対象の像として、
スペックルパターンが得られる。該光重心位置検出手段
が光入射面を備えた半導体位置検出素子からなる場合に
は、該調整手段は、該複数の回折光点間の距離を調整す
ることにより該1次回折光点のみを該光入射面に入射さ
せる。ここで、該調整手段が該二の測定時刻における該
被測定対象の像の位置を相対的に調整する場合には、か
かる被測定対象の像の相対的位置調整により、1次回折
光点のみを該光入射面に入射させる。また、該調整手段
が該二の測定時刻における該被測定対象の像を偏向させ
るための偏向手段からなる場合には、該二の測定時刻に
おける該偏向手段の偏向方向を調整することにより、該
第一の記録手段に二重記録される際の該被測定対象の像
の相対的位置を調整し、もって、該1次回折光点のみを
該光入射面に入射させる。該 調整手段がさらに該二の測
定時刻の時刻間隔を調整する手段を備えている場合に
は、該調整手段は該二の測定時刻の時刻間隔をも調整す
ることにより、該1次回折光点のみを該光入射面に入射
させる。
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 Fourier-transformed by the first Fourier transforming means to form a first Fourier-transformed image composed of Young's interference fringes . 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, and a plurality of diffracted light beams are obtained.
A second Fourier transform image of dots is formed. The adjusting means adjusts the distance between the plurality of diffracted light points.
Incident only the first-order diffracted light spot on the light barycentric position detecting means.
Let The optical barycentric position detecting means detects the barycentric position of the first-order diffracted light point in the second Fourier transform image, so as to detect the optical center of the object to be measured during the second measurement time. A relative displacement amount with respect to the displacement amount measuring device is obtained. Here, when the light irradiating means irradiates coherent light, as the image of the object to be measured,
A speckle pattern is obtained. The optical center of gravity position detecting means
Is a semiconductor position detector with a light incident surface,
The adjusting means adjusts the distance between the plurality of diffracted light points.
As a result, only the first-order diffracted light spot is made incident on the light incident surface.
Let Here, the adjusting means is
When adjusting the position of the image of the measured object relatively,
First order diffraction by adjusting the relative position of the image of the measured object.
Only the light spot is made incident on the light incident surface. Also, the adjusting means
Deflects the image of the measured object at the second measurement time.
If it comprises a deflection means for
By adjusting the deflection direction of the deflection means in the
Image of the object to be measured when double-recorded on the first recording means
Adjust the relative position of the
The light is incident on the light incident surface. The adjusting means further measures the second
If there is a means to adjust the time interval of fixed time
The adjusting means also adjusts the time interval between the two measurement times.
By doing so, only the first-order diffracted light spot is made incident on the light incident surface.
Let

【0006】[0006]

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

【0007】図1A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
示す光学系統上面図である。直方体状の被測定物体23
が、ベルトコンベア状の搬送装置24により、図1Aの
矢印Aの方向(図の紙面に沿う方向)に搬送移動されて
いる。該直方体状の被測定物体23は、図の紙面に対し
垂直な方向に延びる平面状粗面23Aを有している。
FIG. 1A is a top view of an optical system showing a schematic configuration of an optical moving speed measuring apparatus (hereinafter referred to as "measuring apparatus") 1 according to the present embodiment. Rectangular parallelepiped object to be measured 23
Is conveyed and moved in the direction of arrow A in FIG. 1A (direction along the plane of the drawing) by the conveyor device 24 in the form of a belt conveyor. The rectangular parallelepiped object 23 has a planar rough surface 23A extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0008】該測定装置1においては、レーザダイオー
ド(以下、「LD」という)2が、スポット状のレーザ
パルス光を、所定時間間隔をおいて二度、該搬送装置2
4上の固定領域Rに照射する。この結果、該二度の照射
光が、該被測定物体23の平面状粗面23A上に照射さ
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「照射時刻間隔△t(=t2−t1)」とい
う。また、該照射時間間隔△tにおける該被測定物体2
3の移動距離を|S(△t)|とする。)なお、該LD
2は、LDコントローラ20により制御されている。該
二度の照射光は、それぞれ、該被測定物体23の該粗面
23Aのうち該照射時刻t1及びt2に該固定領域R内に
位置している部分で散乱反射されて、該粗面の形状に固
有なスペックル分布を持った反射光を形成する。(以
下、該第一及び第二の測定時刻において形成される反射
光を、それぞれ、「第一及び第二の反射光」という。)
かかる第一及び第二の反射光は、それぞれ、ガルバノミ
ラー3で偏向された後、結像レンズ4により、第一の強
誘電性液晶空間光変調器(以下、「第一の空間光変調
器」という)5の書き込み側光入射面5Sw上に、スペ
ックルパターンを結像する。(以下、該第一及び第二の
反射光により該光入射面5Sw上に結像されるスペック
ルパターンを、それぞれ、「第一及び第二のスペックル
パターン」という。)該光入射面5Swに結像された該
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B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。該第一の空間光
変調器5は、空間光変調器コントローラ(以下、「光変
調器コントローラ」という)19により駆動され、該第
一及び第二のスペックルパターンを二重記録する。
In the measuring device 1, a laser diode (hereinafter, referred to as "LD") 2 emits a spot-shaped laser pulse light twice at a predetermined time interval.
Irradiation is performed on the fixed region R above 4. As a result, the double irradiation light is applied to the planar rough surface 23A of the measured object 23. (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 “irradiation time interval Δt (= t 2 −t 1 ) ”. Also, the measured object 2 at the irradiation time interval Δt.
The moving distance of 3 is | S (Δt) |. ) Incidentally, the LD
2 is controlled by the LD controller 20. The two irradiation lights are scattered and reflected by the portions of the rough surface 23A of the measured object 23 located in the fixed region R at the irradiation times t 1 and t 2 , respectively, and the rough irradiation is performed. The reflected light having a speckle distribution unique to the shape of the surface is formed. (Hereinafter, the reflected lights formed at the first and second measurement times are referred to as "first and second reflected lights", respectively.)
The first and second reflected lights are respectively deflected by the galvanometer mirror 3, and then the imaging lens 4 causes the first ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (hereinafter, referred to as “first spatial light modulator”). , 5) on the writing side light incident surface 5S w . (Hereinafter, the speckle patterns formed on the light incident surface 5S w by the first and second reflected lights are referred to as “first and second speckle patterns”, respectively.) The light incident surface The first and second speckle patterns imaged on 5S w have the same speckle distribution as a whole in one shift direction B and one shift distance (hereinafter, referred to as “shift distance | M The pattern is shifted by (Δt) | ”. The first spatial light modulator 5 is driven by a spatial light modulator controller (hereinafter, referred to as “light modulator controller”) 19 and double-records the first and second speckle patterns.

【0009】ところで、該ガルバノミラー3は、図の紙
面に対し垂直な方向に延びる回転軸3Aと該回転軸3A
に対し回動可能に設けられた平板ミラー3Bからなる。
該平板ミラー3Bも図の紙面に対し垂直に延びている。
また、該結像レンズ4の光軸4Aが図の紙面に沿って延
びており、該第一の空間光変調器5の該書き込み側光入
射面5Swが、該結像レンズ4の像側焦点面上に、図の
紙面に対し垂直な方向に延びている。したがって、該ス
ペックル分布のシフト方向Bは、該測定物体の移動方向
(図1Aの矢印A)と一定の関係を有している。本実施
例の場合には、該シフト方向Bも、図の紙面に沿う方向
に平行である。いま、該平板ミラー3Bの回転角度位置
として、図1Aのように、後述の結像レンズ4の光軸4
Aから時計回りに測った角度θを考える。該平板ミラー
3Bは、該第一の測定時刻t1には第一の回転角度位置
θ1に、該第二の測定時刻t2には第二の回転角度位置θ
2にあるように、ミラーコントローラ21により制御さ
れている。したがって、該シフト距離|M(△t)|
は、該測定物体移動距離|S(△t)|との間に、該結
像レンズ4の倍率のみならず該第一及び第二の回転角度
位置θ1、θ2で決まる一定の関係を有する。より詳しく
は、該測定物体移動距離|S(△t)|が一定であって
も、θ1=θ2の場合よりθ1>θ2の場合の方が、該シフ
ト距離|M(△t)|は小さくなる。しかも、角度差θ
1−θ2が大きいほど、該シフト距離は小さくなる。一
方、θ1=θ2の場合よりθ2>θ1の方が該シフト距離|
M(△t)|は大きくなる。しかも、角度差θ2−θ1
大きいほど、該シフト距離は大きくなる。換言すれば、
該第一の空間光変調器5にとっては、θ1がθ2よりおお
きければ大きいほど該移動距離|S(△t)|は見かけ
上小さくなり、θ2がθ1より大きければ大きいほど該移
動距離|S(△t)|は見かけ上大きくなる。したがっ
て、該シフト距離|M(△t)|は、該移動距離|S
(△t)|との間に、以下の数式1で定まる関係を有す
る。
By the way, the galvanometer mirror 3 has a rotating shaft 3A extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing and the rotating shaft 3A.
The flat mirror 3B is rotatably provided.
The flat mirror 3B also extends perpendicularly to the plane of the drawing.
The optical axis 4A of the imaging lens 4 extends along the plane of the drawing, and the writing-side light incident surface 5S w of the first spatial light modulator 5 is the image side of the imaging lens 4. It extends on the focal plane in a direction perpendicular to the plane of the drawing. Therefore, the shift direction B of the speckle distribution has a fixed relationship with the moving direction of the measurement object (arrow A in FIG. 1A). In the case of this embodiment, the shift direction B is also parallel to the direction along the plane of the drawing. Now, as shown in FIG. 1A, the rotation angle position of the flat mirror 3B is set to the optical axis 4 of the imaging lens 4 described later.
Consider the angle θ measured clockwise from A. The flat plate mirror 3B moves to the first rotation angular position θ 1 at the first measurement time t 1 and the second rotation angular position θ at the second measurement time t 2.
It is controlled by the mirror controller 21 as shown in 2 . Therefore, the shift distance | M (Δt) |
Between the measured object moving distance | S (Δt) | and a constant relationship determined not only by the magnification of the imaging lens 4 but also by the first and second rotational angle positions θ 1 and θ 2. Have. More specifically, even if the measured object moving distance | S (Δt) | is constant, the shift distance | M (Δt) is greater in the case of θ 1 > θ 2 than in the case of θ 1 = θ 2. ) | Becomes smaller. Moreover, the angle difference θ
The larger 1 −θ 2 is, the smaller the shift distance is. On the other hand, the shift distance is greater when θ 2 > θ 1 than when θ 1 = θ 2.
M (Δt) | becomes large. Moreover, the larger the angle difference θ 2 −θ 1 , the larger the shift distance. In other words,
For the spatial light modulator 5 of the first, the movement distance as the theta 1 is greater larger than θ 2 | S (△ t) | is apparently reduced, as theta 2 is greater larger than theta 1 wherein The moving distance | S (Δt) | becomes apparently large. Therefore, the shift distance | M (Δt) |
(Δt) | and the relationship defined by the following mathematical formula 1.

【数1】|M(△t)|=α(△θ)・|S(△t)| ここで、変数α(△θ)は、該第一及び第二の回転角度
差△θ(=θ1−θ2)に依存する正の変数で、その値
は、該角度差△θと該レンズ4の焦点距離等の一定の値
で定まり、△θが大きいほど小さい。
## EQU00001 ## | M (.DELTA.t) | = .alpha. (. DELTA..theta.). Multidot. | S (.DELTA.t) | where the variable .alpha. (. DELTA..theta.) Is the difference .DELTA..theta. It is a positive variable depending on θ 1 −θ 2 ), and its value is determined by a constant value such as the angular difference Δθ and the focal length of the lens 4, and the smaller Δθ is, the smaller.

【0010】該測定装置1では、He−Neレーザ装置
7から出射した直線偏光レーザビームが、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
行レーザビームは、ハーフミラー9により二の平行レー
ザビームに分離される。該二の平行レーザビームは、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と、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に、それぞれ
導かれる。該第一の読みだし光学系10では、該可変ア
パーチャ10Aが、導かれてきた一の平行ビームのビー
ム径を、さらに所望の値に変更した後、該ハーフミラー
10Bに導く。該ハーフミラー10Bは、該平行レーザ
ビームを反射して該第一の空間光変調器5の読みだし側
光入射面5Srに入射する。該レーザビームは、該第一
の空間光変調器5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、該読みだし側光
入射面5Srより出射する。換言すれば、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。該第一
の空間光変調器5で変調され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る。第
二の強誘電性液晶空間光変調器(以下、「第二の空間光
変調器」という)13の書き込み側光入射面13S
wが、該レンズ12の像側焦点面上に位置しているた
め、該変調レーザビームは、該光入射面13Sw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
一の空間光変調器5に記録されたスペックル分布のシフ
ト方向B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|L(△t)
|は、該シフト距離|M(△t)|の逆数と一定の比例
関係にある。ここで、該一定の比例関係を定める比例定
数は、読みだし光の波長と該フーリエ変換レンズ12の
焦点距離で決まる。なお、該第二の空間光変調器13
も、該光変調器コントローラ19により駆動され、該ヤ
ングの干渉縞を記録する。
In the measuring apparatus 1, the linearly polarized laser beam emitted from the He-Ne laser apparatus 7 is converted by the conversion optical system 8 including the first collimator lens 8A, the spatial filter 8B and the second collimator lens 8C.
It is converted into a parallel laser beam having a desired beam diameter. The parallel laser beam is separated by the half mirror 9 into two parallel laser beams. The two parallel laser beams are guided to a first reading optical system 10 including a variable aperture 10A and a half mirror 10B and a second reading optical system 11 including a mirror 11A and a half mirror 11B. In the first reading optical system 10, the variable aperture 10A further changes the beam diameter of the guided parallel beam to a desired value and then guides it to the half mirror 10B. The half mirror 10B reflects the parallel laser beam and makes it incident on the reading side light incident surface 5S r of the first spatial light modulator 5. The laser beam is phase-modulated in the first spatial light modulator 5 corresponding to the positions (the shift distance | M (Δt) | and the shift direction) of the first and second speckle patterns. After receiving the light, the light is emitted from the light incident surface 5S r on the reading side. In other words, the double recorded speckle pattern is read out. The laser beam modulated and emitted by the first spatial light modulator 5 is
After passing through the half mirror 10B, it is spatially Fourier transformed by the first Fourier transform lens 12. Writing side light incident surface 13S of the second ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (hereinafter, referred to as "second spatial light modulator") 13.
Since w is located on the image-side focal plane of the lens 12, the modulated laser beam moves on the light incident surface 13S w ,
Image Young's interference fringes. Since the direction in which the fringes of the Young's interference fringes are arranged (the direction perpendicular to the extending direction of each fringe) is parallel to the shift direction B of the speckle distribution recorded in the first spatial light modulator 5, It will be parallel to the direction along the paper. Also, the fringe spacing of the Young's interference fringes | L (Δt)
| Has a fixed proportional relationship with the reciprocal of the shift distance | M (Δt) |. Here, the proportional constant that determines the constant proportional relationship is determined by the wavelength of the read light and the focal length of the Fourier transform lens 12. The second spatial light modulator 13
Is also driven by the light modulator controller 19 to record the Young's interference fringes.

【0011】前記ハーフミラー9で分離され前記第二の
読みだし光学系11に導かれた平行ビームは、該ミラー
11Aで反射された後、該ハーフミラー11Bで反射さ
れて、該第二の空間光変調器13の読みだし側光入射面
13Srに入射する。該レーザビームは、該第二の空間
光変調器13内で、該ヤングの干渉縞の位置(縞方向と
縞間隔|L(△t)|)に対応した位相変調を受けた
後、該読みだし側光入射面11Srより出射する。換言
すれば、該記録されたヤングの干渉縞の読みだしが行わ
れる。該第二の空間光変調器13で変調され出射したレ
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15F上
に、0次回折光と、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光点(n次回折光;n=±1,
±2,・・・)が結像される。該複数の光点は、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
1Aの紙面に沿う方向(X方向)に並ぶことになる。ま
た、該複数の光点の隣あう光点間の距離|N(△t)|
は互いに等しく、該ヤングの干渉縞の縞間隔|M(△
t)|の値の逆数と一定の比例関係にある。ここで、該
一定の比例関係を定める比例定数は、読みだし光の波長
と該フーリエ変換レンズ15の焦点距離で決まる。した
がって、該光点間距離|N(△t)|は、該スペックル
分布のシフト距離|M(△t)|と以下の数式2の関係
にある。
The parallel beam separated by the half mirror 9 and guided to the second reading optical system 11 is reflected by the mirror 11A and then by the half mirror 11B, and the second space is reflected. The light enters the reading side light incident surface 13S r of the optical modulator 13. The laser beam undergoes phase modulation in the second spatial light modulator 13 corresponding to the position of the Young's interference fringes (fringe direction and fringe spacing | L (Δt) |), and then the reading is performed. The light is emitted from the light incident surface 11S r on the stock side. In other words, the recorded Young's interference fringes are read out. The laser beam modulated and emitted by the second spatial light modulator 13 passes through the half mirror 11B and is spatially Fourier transformed by the second Fourier transform lens 15. As a result, on the image-side focal plane 15F of the lens 15, a plurality of light spots (nth-order diffracted light; n = ± 1, 1) corresponding to the correlation between the 0th-order diffracted light and the first and second speckle patterns.
± 2, ...) Is imaged. Since the plurality of light spots are arranged in parallel to the direction in which the stripes of the Young's interference fringes are arranged, they are arranged in the direction (X direction) along the paper surface of FIG. 1A. Also, the distance between adjacent light spots of the plurality of light spots | N (Δt) |
Are equal to each other, and the fringe spacing of the Young's interference fringes | M (Δ
t) There is a fixed proportional relationship with the reciprocal of the value of |. Here, the proportional constant that determines the constant proportional relationship is determined by the wavelength of the read light and the focal length of the Fourier transform lens 15. Therefore, the inter-light-spot distance | N (Δt) | has a relationship with the shift distance | M (Δt) |

【数2】|N(△t)|=β|M(△t)| ここでβは正の定数であり、読みだし光の波長と、該レ
ンズ12及び15の焦点距離で定まる。したがって、該
光点間距離|N(△t)|を測定すれば、上述の数式1
及び2より、該被測定物体の移動距離|S(△t)|が
求められる。そして、以下の数式3を演算することで、
該時刻間隔△tにおける該被測定物体の移動速度|V
(△t)|が求められる。
## EQU2 ## | N (Δt) | = β | M (Δt) | where β is a positive constant and is determined by the wavelength of the reading light and the focal lengths of the lenses 12 and 15. Therefore, if the distance | N (Δt) |
And 2, the moving distance | S (Δt) | of the measured object is obtained. Then, by calculating the following formula 3,
Moving speed of the measured object at the time interval Δt | V
(Δt) | is required.

【数3】|V(△t)|=|S(△t)|/(△t)[Equation 3] | V (Δt) | = | S (Δt) | / (Δt)

【0012】前記フーリエ変換レンズ15の後段には、
一次元位置検出用半導体位置検出素子(以下、「PS
D」という)16が、その光入射面(検出可能領域)1
6Sが該像側焦点面15F上に位置するように配置され
ている。ここで、該PSD16は、図1A、2A及び2
Bに示すように、その検出しうる一次元方向(X方向)
が図1Aの紙面に沿う方向に平行になるように、配置さ
れている。そして、その該光入射面16Sの原点16S
x0が、該レンズ15の光軸15Aが該像側焦点面15F
と交差する中心点15Oから所定距離dだけ離間するよ
うに、配置されている。ここで、0次回折光は該中心点
15Oに結像される。そして、1次回折光が該光入射面
16S上に図2Aに示すように結像された場合には、該
PSD16は、該1次回折光の重心位置(ピーク位置)
16Sx1の該原点16Sx0からの距離Xを検出する。し
たがって、以下の数式4により、前記光点間距離|N
(△t)|を求めることができる。
After the Fourier transform lens 15,
One-dimensional position detecting semiconductor position detecting element (hereinafter referred to as “PS
D ”) 16 is the light incident surface (detectable area) 1
6S is arranged so as to be located on the image side focal plane 15F. Here, the PSD 16 is shown in FIGS.
As shown in B, the detectable one-dimensional direction (X direction)
Are arranged so as to be parallel to the direction along the paper surface of FIG. 1A. The origin 16S of the light incident surface 16S
x0 is the optical axis 15A of the lens 15 and the image side focal plane 15F
It is arranged so as to be separated from the center point 15O intersecting with by a predetermined distance d. Here, the 0th-order diffracted light is imaged at the center point 15O. Then, when the first-order diffracted light is imaged on the light incident surface 16S as shown in FIG. 2A, the PSD 16 detects the center of gravity (peak position) of the first-order diffracted light.
To detect the distance X from the raw point 16S x0 of 16S x1. Therefore, the distance between light spots | N
(Δt) | can be obtained.

【数4】|N(△t)|=X+d したがって、該PSDの検出値Xに基づき、前記数式1
乃至4を演算することで、該被測定物体の移動速度|V
(△t)|を求めることができる。なお、かかる数式1
乃至4の演算は、該PSD16に接続された演算・制御
装置18が行う。すなわち、該演算・制御装置18は、
該PSDの検出値Xを示す信号を受取り、その信号に基
づき、該数式1乃至4を演算し、該被該測定物体の移動
速度|V(△t)|を求める。該演算・制御装置18に
は速度表示装置22が接続されており、該速度表示装置
22は、該移動速度値|V(△t)|を表示する。本発
明の測定装置1では、以上説明した速度測定動作を、所
定の時間間隔をおいて繰り返し行うことにより、被測定
物体23の速度の時間的変化状態を調べることができる
のである。
[Expression 4] | N (Δt) | = X + d Therefore, based on the detected value X of the PSD,
To 4 to calculate the moving speed of the measured object | V
(Δt) | can be obtained. In addition, such Formula 1
The computation / control device 18 connected to the PSD 16 performs computations 4 to 4. That is, the arithmetic / control device 18
A signal indicating the detected value X of the PSD is received, the mathematical expressions 1 to 4 are calculated based on the signal, and the moving speed | V (Δt) | of the measured object is obtained. A speed display device 22 is connected to the arithmetic / control device 18, and the speed display device 22 displays the moving speed value | V (Δt) |. In the measuring apparatus 1 of the present invention, the speed measurement operation described above is repeatedly performed at a predetermined time interval, so that the temporal change state of the speed of the measured object 23 can be examined.

【0013】以下、前記第一の空間光変調器5の構成に
ついて、具体的に説明する。図1Bは、前記第一の強誘
電性液晶空間光変調器5の構成を示す断面図である。強
誘電性液晶層(以下、「液晶層」という)5Fが、一対
の配向層5Eと5Gとの間に設けられている。該配向層
5Eの該液晶層5Fと反対の側には、誘電体ミラー5D
と、アモルファスシリコン層(以下、「α−Si層」と
いう)5Cと、書き込み側透明電極(以下、「電極」と
いう)5Bと、ガラス層5Aが設けられている。また、
該配向層5Gの該液晶層5Fと反対の側には、読み出し
側透明電極(以下、「電極」という)5Hと、ガラス層
5Iと、反射防止膜5Jとが設けられている。該液晶層
5FはカイラルスメクチックC(Sc *)液晶である。該
α−Si層5C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5Aが、前記書き込み側光入射
面5Swを、また該反射防止膜5Jが、読み出し側光入
射面5Srを規定する。該一対の電極5Bと5Hとの間
には、後述するように、該光変調器コントローラ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。また、図1Aに示
すように、発光ダイオード(LED)6が該第一の光変
調器5の該書き込み側光入射面5Swの全面を照射する
ように設けられており、液晶層5Fに既に記録されてい
る像を消去するのに用いられる。以上、第一の空間光変
調器5の構成について説明したが、第二の空間光変調器
13も該第一の空間光変調5と同様の構成をしており、
該光変調器コントローラ19が、その電極13B・13
H間の印加電圧を制御する。また、図1Aに示すよう
に、記録消去用の発光ダイオード(LED)14も備え
られている。
The structure of the first spatial light modulator 5 will be specifically described below. FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the first ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 5. A ferroelectric liquid crystal layer (hereinafter referred to as “liquid crystal layer”) 5F is provided between the pair of alignment layers 5E and 5G. A dielectric mirror 5D is provided on the side of the alignment layer 5E opposite to the liquid crystal layer 5F.
An amorphous silicon layer (hereinafter referred to as “α-Si layer”) 5C, a writing side transparent electrode (hereinafter referred to as “electrode”) 5B, and a glass layer 5A are provided. Also,
On the side of the alignment layer 5G opposite to the liquid crystal layer 5F, a read side transparent electrode (hereinafter referred to as "electrode") 5H, a glass layer 5I, and an antireflection film 5J are provided. The liquid crystal layer 5F is a chiral smectic C (S c * ) liquid crystal. The α-Si layer 5C is a photoconductor layer and functions as an address material. The glass layer 5A defines the writing side light incident surface 5S w , and the antireflection film 5J defines the reading side light incident surface 5S r . Between the pair of electrodes 5B and 5H, as will be described later, the optical modulator controller 19 is provided.
Applies the drive voltages V w and V e for writing and erasing and the compensation voltages V wc and V ec in pulses. Further, as shown in FIG. 1A, a light emitting diode (LED) 6 is provided so as to illuminate the entire writing side light incident surface 5S w of the first optical modulator 5, and the liquid crystal layer 5F is already provided with the light emitting diode (LED) 6. It is used to erase the recorded image. Although the configuration of the first spatial light modulator 5 has been described above, the second spatial light modulator 13 also has the same configuration as the first spatial light modulator 5,
The optical modulator controller 19 has its electrodes 13B and 13B
The applied voltage between H is controlled. Further, as shown in FIG. 1A, a light emitting diode (LED) 14 for recording / erasing is also provided.

【0014】以下、かかる構成の該第一及び第二の空間
光変調器5、13と、該発光ダイオード6、14と、該
光変調器コントローラ19の動作について、具体的に説
明する。図1Cは、既述の被測定物体23の移動速度の
測定動作タイミングを示す。まず、該発光ダイオード6
の光で該第一の空間光変調器5の該光入射面5Swを照
射しつつ、該電極5B・5H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
順に印加する。この結果、前回の測定の際該空間光変調
器5に記録された像が消去される。なお、該補償電圧V
ecと該駆動電圧Veは、互いに極性が逆である。次に、
該電極5B・5H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のそれと逆であり、かつ、
該補償電圧Vwcと該駆動電圧Vwとは、互いに極性が逆
である。該書き込み駆動電圧Vwの印加中、前記LD2
が該照射時刻間隔Δtをおいて2回レーザ光を該被測定
物体23に照射することにより、該空間光変調器5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。よ
り詳しくは、該第一及び第二のスペックルパターンが該
入射面5Swに入射すると、前記α−Si層5Cのう
ち、該スペックルパターンのスペックル(明斑部)が入
射した領域が、低抵抗となる。この結果、前記液晶層5
Fの該スペックルに対応した領域に、該液晶に特有のし
きい値電場以上の電場がかかるため、液晶分子の配列状
態が変化して、該第一及び第二のスペックルパターンが
記録されるのである。該第一の空間光変調器5に該電圧
wc・Vwを印加するのと同時に、該第二の光変調器1
3に該発光ダイオード14の光を照射させつつ、消去用
の補償電圧Vecと駆動電圧Veを加え、前回の測定の際
記録された像を消去する。該第一の空間光変調器5への
スペックルパターンの書き込みが終了するのと同時に、
該第二の空間光変調器13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、該第一の空間光変調器5から出射した読み出し光
パターン(ヤングの干渉縞)を該空間光変調器13に記
録する。この記録と同時に、該ヤングの干渉縞の読み出
しが行われ、該PSD16に、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結像する。この
ようにして、ある時刻Tにおいて照射時刻間隔Δtをと
った場合の被測定物体23の移動量|S(Δt)|が測
定され、その結果、該時刻Tにおける移動速度V=|S
(Δt)|/Δtが求められる。次いで、時刻T’にお
いて、同様な動作を行うことにより、該照射時刻間隔Δ
tにおける移動量|S(Δt)|が測定され、時刻T’
における移動速度V’が求められる。こうして、時刻
T、T’、T”、・・における移動速度V、V’、
V”、・・が順に求められる結果、該被測定物体23の
速度の時間的変化状態を調べることができる。なお、上
記測定動作において、該空間光変調器に補償電圧Vwc
ecを印加するのは、液晶層の劣化を防止するためであ
る。
The operations of the first and second spatial light modulators 5 and 13, the light emitting diodes 6 and 14, and the light modulator controller 19 having such a configuration will be specifically described below. FIG. 1C shows the measurement operation timing of the moving speed of the measured object 23 described above. First, the light emitting diode 6
Of the erasing compensation voltage V ec between the electrodes 5B and 5H while illuminating the light incident surface 5S w of the first spatial light modulator 5 with
And the erasing drive voltage V e are applied in this order for the same time. As a result, the image recorded in the spatial light modulator 5 in the previous measurement is erased. The compensation voltage V
ec and the driving voltage V e is the opposite polarity to each other. next,
Between the electrodes 5B and 5H, the compensating voltage for writing V wc and the driving voltage for writing V w are also equal to each other,
Add in this order. The polarity of the write drive voltage V w is opposite to that of the erase drive voltage V e , and
The compensation voltage V wc and the drive voltage V w have opposite polarities. During the application of the write drive voltage V w , the LD2
Irradiates the measured object 23 with laser light twice at the irradiation time interval Δt, thereby double recording the first and second speckle patterns on the spatial light modulator 5. More specifically, when the first and second speckle patterns are incident on the incident surface 5S w , a region of the α-Si layer 5C on which the speckles (bright spots) of the speckle pattern are incident. , Low resistance. As a result, the liquid crystal layer 5
Since an electric field equal to or higher than the threshold electric field peculiar to the liquid crystal is applied to the region of F corresponding to the speckle, the alignment state of the liquid crystal molecules is changed and the first and second speckle patterns are recorded. It is. At the same time as applying the voltage V wc · V w to the first spatial light modulator 5, the second optical modulator 1
While irradiating the light of the light-emitting diode 14 to 3, the compensation voltage V ec for erasing and the driving voltage V e are applied to erase the image recorded in the previous measurement. At the same time when the writing of the speckle pattern to the first spatial light modulator 5 is completed,
A write compensation voltage V wc and a write drive voltage V w are sequentially applied between the voltages 13B and 13H of the second spatial light modulator 13 to read out a read light pattern (Young Interference fringes) are recorded in the spatial light modulator 13. Simultaneously with this recording, the Young's interference fringes are read out, and a diffracted light spot showing the correlation between the first and second speckle patterns is imaged on the PSD 16. In this way, the moving amount | S (Δt) | of the measured object 23 when the irradiation time interval Δt is taken at a certain time T is measured, and as a result, the moving speed V = | S at the time T is measured.
(Δt) | / Δt is obtained. Next, at time T ′, by performing the same operation, the irradiation time interval Δ
The amount of movement | S (Δt) |
The moving speed V ′ at is calculated. Thus, the moving speeds V, V ', at time T, T', T ", ...
As a result of sequentially obtaining V ″, ..., It is possible to check the temporal change state of the velocity of the measured object 23. In the above measurement operation, the compensation voltage V wc · is applied to the spatial light modulator.
The reason why V ec is applied is to prevent deterioration of the liquid crystal layer.

【0015】なお、本実施例で用いている該強誘電性液
晶空間光変調器5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。また、本実施例で
用いている半導体位置検出素子16は、光束の重心(強
度中心)の位置を直接検出できる。したがって、回折光
のピーク位置を測定するのに、その強度分布の走査や比
較演算等を行うことなく、直接該ピーク位置を測定する
ことができる。したがって、該応答速度の早い強誘電性
液晶空間光変調器の動作に追随した動作を行うことがで
きる。
The ferroelectric liquid crystal spatial light modulators 5 and 13 used in this embodiment are extremely fast in writing speed and extremely excellent in real-time measurable property. Since it is a binary recording device, it is suitable for recording speckle patterns and Young's interference fringes. Further, the semiconductor position detecting element 16 used in this embodiment can directly detect the position of the center of gravity (center of intensity) of the light flux. Therefore, when measuring the peak position of the diffracted light, the peak position can be directly measured without performing scanning of the intensity distribution, comparison calculation, or the like. Therefore, it is possible to perform an operation that follows the operation of the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator having a high response speed.

【0016】ところで、該第一及び第二のミラー角度θ
1、θ2を適切な値で制御した上で測定を行った場合に
は、図2Aのように、1次回折光のみが該PSD16の
該光入射面16Sに入射する。したがって、該PSD1
6は、該1次回折光の光点の重心位置Sx1(すなわち、
ピーク位置)の該原点Sx0からの距離を、該X値として
検出することができるので、正確な測定を行うことがで
きる。しかし、該被測定物体の移動速度|V(△t)|
(ひいては、該移動距離|S(△t)|)が小さいにも
かかわらず、該ミラー角度θ1、θ2を適切に制御しない
と、該光入射面16Sには、図3Aに示すように、1次
回折光のみならず、2次回折光や3次回折光、・・・等
までも入射してしまう。前記数式1及び2から明らかな
ように、該光点間距離|N(△t)|が著しく小さくな
ってしまうからである。この場合、PSD16は、入射
した全光点の位置Sx1,Sx2,・・・の重心位置Sx
検出してしまうため、正確な測定を行うことができな
い。逆に、|V(△t)|(ひいては|S(△t)|)
が大きいにもかかわらず、該ミラー角度θ1、θ2を適切
に制御せずに測定を行うと、図3Bに示すように、該光
入射面16Sには、回折光光点が一つも結像されなくな
り、正確な測定を行うことができない。|N(△t)|
が著しく大きくなってしまうからである。
By the way, the first and second mirror angles θ
When the measurement is performed after controlling 1 and θ 2 at appropriate values, only the first-order diffracted light enters the light incident surface 16S of the PSD 16 as shown in FIG. 2A. Therefore, the PSD1
6 is the barycentric position S x1 of the light spot of the first-order diffracted light (that is,
Since the distance of the peak position) from the origin S x0 can be detected as the X value, accurate measurement can be performed. However, the moving speed of the object to be measured | V (Δt) |
(Consequently, even if the moving distance | S (Δt) |) is small, if the mirror angles θ 1 and θ 2 are not properly controlled, the light incident surface 16S will have a light beam as shown in FIG. 3A. Not only the first-order diffracted light but also the second-order diffracted light, the third-order diffracted light, ... This is because the inter-light spot distance | N (Δt) | becomes remarkably small, as is clear from the equations 1 and 2. In this case, the PSD 16 detects the barycentric position S x of the positions S x1 , S x2 , ... Of all the incident light spots, so that accurate measurement cannot be performed. Conversely, | V (Δt) | (and thus | S (Δt) |)
However, when the measurement is performed without properly controlling the mirror angles θ 1 and θ 2 , the diffracted light spots are not formed on the light incident surface 16S as shown in FIG. 3B. It will not be imaged and you will not be able to make accurate measurements. | N (△ t) |
Is significantly increased.

【0017】そこで、本発明の測定装置1では、該ミラ
ー角度θ1、θ2を、一次回折光のみを該光入射面16S
に入射させうる最適な角度値(以下、「ミラー最適角度
値」という)Θ1、Θ2に制御しながら、速度測定を行う
ようにしている。すなわち、本測定装置1では、被測定
物体23の速度の時間的変化状態を調べる一連の測定を
行う直前に、該被測定物体23に対して、図4に示すミ
ラー最適角度決定動作を行い、ミラー最適角度値Θ1
Θ2を決定する。その後、該角度値Θ1、Θ2でミラー3
を制御しながら一連の測定を行うこととし、正確な測定
を常に可能としている。
Therefore, in the measuring apparatus 1 of the present invention, the mirror angles θ 1 and θ 2 are set to the light incident surface 16S only for the first-order diffracted light.
The velocity is measured while controlling the optimum angle values (hereinafter, referred to as “mirror optimum angle value”) Θ 1 and Θ 2 that can be incident on. That is, in the present measuring apparatus 1, immediately before performing a series of measurements for examining the temporal change state of the velocity of the measured object 23, the mirror optimum angle determination operation shown in FIG. Mirror optimum angle value Θ 1 ,
Determine Θ 2 . After that, the mirror 3 is set at the angle values Θ 1 and Θ 2.
A series of measurements is performed while controlling the, and accurate measurements are always possible.

【0018】なお、かかるミラー最適角度値決定動作を
可能とすべく、本発明の測定装置1では、図2A及び2
Bに示すように、該所定距離dを該PSD16の該光入
射面16Sの該X方向における長さXmaxより十分小さ
くなるように、該PSD16を配置している。かかる配
置により、該PSD16が該X値として値0を検出する
場合は、図3Bのように、回折光光点が一つも該光入射
面16Sに入射しなかった場合のみとなる。また、該P
SD16には比較器17が接続されている。これは、後
述する各回m(m=1,2,・・・)の本探索Dmにお
いて、その回に検出されたXm値を、前回m−1の本探
索Dm-1で検出されたXm-1値と比較し、その比較結果を
示す比較信号Rmを該演算・制御装置18に出力するた
めのものである。すなわち、Xm>Xm-1の場合には、プ
ラスの比較信号Rmを出力し、Xm=Xm-1の場合には、
0の比較信号Rmを出力し、Xm<Xm-1の場合には、マ
イナスの比較信号Rmを出力する。
In order to enable such a mirror optimum angle value determination operation, the measuring apparatus 1 of the present invention has a structure shown in FIGS.
As shown in B, the PSD 16 is arranged so that the predetermined distance d is sufficiently smaller than the length X max of the light incident surface 16S of the PSD 16 in the X direction. With such an arrangement, when the PSD 16 detects the value 0 as the X value, it becomes only when no diffracted light spot is incident on the light incident surface 16S as shown in FIG. 3B. Also, the P
A comparator 17 is connected to SD16. This is because, in the main search D m of each time m (m = 1, 2, ...), which will be described later, the X m value detected at that time is detected in the main search D m-1 of the previous m−1. X m-1 value and the comparison signal R m indicating the comparison result is output to the arithmetic and control unit 18. That is, in the case of X m> X m-1 outputs a positive comparison signal R m, in the case of X m = X m-1 is
The comparison signal R m of 0 is output, and when X m <X m−1 , the negative comparison signal R m is output.

【0019】以下、本発明の測定装置1の行うミラー最
適角度値決定動作を、図4を参照して説明する。なお、
該ミラー最適角度値決定動作は、該演算・制御装置18
の制御のもと行われる。また、該決定動作は、後述のよ
うに、大きく分けて、予備探索動作D0と本探索動作Dm
からなる探索動作と決定動作からなるが、このうち、探
索動作は、既に説明した本測定装置1の速度測定動作と
同様な動作である。
Hereinafter, the mirror optimum angle value determination operation performed by the measuring apparatus 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In addition,
The operation of determining the optimum mirror angle value is performed by the calculation / control device 18
Under the control of. The determination operation is roughly divided into the preliminary search operation D 0 and the main search operation D m as described later.
Of these, the search operation is the same as the speed measurement operation of the main measurement apparatus 1 described above.

【0020】ミラー最適角度値決定動作では、図4に示
すように、まず、予備探索D0を行う(ステップS
1)。該予備探索D0では、該演算・制御装置18が、
該LDコントローラ20を介して該LD2を制御し、所
定の時刻間隔△tをおいて2度レーザ光を被測定物体2
3に照射させる。該演算・制御装置18はまた、該ミラ
ーコントローラ21を介して該平板ミラー3bの該第一
及び第二の回転角度位置θ0 1及びθ0 2を互いに等しくな
るように制御する(θ0 1=θ0 2)。該演算・制御装置1
8はまた、該光変調器コントローラ19を介して前記空
間光変調器5及び13を制御することにより、前記像側
焦点面15F上に回折光を形成させる。該PSD16
が、回折光の重心位置を検出し、該重心位置を示すX値
(X0)を該演算・制御装置18に出力する。該演算・
制御装置18は、この検出値X0を、該回転角度位置θ0
1及びθ0 2の値と共に、その格納領域に格納する(ステ
ップS2)。
In the mirror optimum angle value determination operation, as shown in FIG. 4, first, a preliminary search D 0 is performed (step S).
1). In the preliminary search D 0 , the arithmetic / control device 18
The LD 2 is controlled via the LD controller 20 so that the laser beam is irradiated twice with a predetermined time interval Δt.
Irradiate 3 The arithmetic / control device 18 also controls the first and second rotational angular positions θ 0 1 and θ 0 2 of the flat mirror 3b to be equal to each other via the mirror controller 21 (θ 0 1). = Θ 0 2 ). The arithmetic / control device 1
8 also controls the spatial light modulators 5 and 13 via the light modulator controller 19 to form diffracted light on the image-side focal plane 15F. The PSD16
Detects the barycentric position of the diffracted light and outputs the X value (X 0 ) indicating the barycentric position to the arithmetic and control unit 18. The calculation
The control device 18 uses the detected value X 0 as the rotational angular position θ 0.
It is stored in the storage area together with the values of 1 and θ 0 2 (step S2).

【0021】次に、該演算・制御装置18は、該検出値
0が0か否か判断する(ステップS3)。X0=0の場
合には、該移動距離|S(△t)|が大きすぎ、回折光
光点が一つも該光入射面16Sに入射しなかったと判断
される。そこで、後述のステップS4、5、6では、|
S(△t)|を見かけ上順次小さくするように該ミラー
角度値θ1、θ2を変化させながら本探索Dm(m=1,
2,・・・)を繰り返し行い、1次回折光のみを該光入
射面16Sに入射させることのできるミラー最適角度値
Θ1、Θ2を探す。一方、X0≠0の場合には、1次回折
光光点のみが入射しているのか、他の回折光光点も入射
しているのか不明である。そこで、後述のステップS
8、9、10では、該移動距離|S(△t)|を見かけ
上順次大きくするように該ミラー角度値θ1、θ2を変化
させながら本探索Dmを繰り返し行い、やはり1次回折
光のみを該光入射面16Sに入射させることのできるミ
ラー最適角度値Θ1、Θ2を探す。
Next, the arithmetic / control device 18 determines whether or not the detected value X 0 is 0 (step S3). When X 0 = 0, it is determined that the moving distance | S (Δt) | is too large and no diffracted light spot is incident on the light incident surface 16S. Therefore, in steps S4, S5, and S6 described later, |
S (Δt) | The main search D m (m = 1, while changing the mirror angle values θ 1 and θ 2 so as to be apparently sequentially decreased.
2, ...) are repeated to find optimum mirror angle values Θ 1 and Θ 2 that allow only the first-order diffracted light to be incident on the light incident surface 16S. On the other hand, in the case of X 0 ≠ 0, it is unknown whether only the first-order diffracted light spot is incident or other diffracted light spots are also incident. Therefore, step S described later
In 8, 9, and 10, the main search D m is repeated while changing the mirror angle values θ 1 and θ 2 so that the moving distance | S (Δt) | is apparently sequentially increased. Only the optimum mirror angle values Θ 1 and Θ 2 that can make only the incident light incident on the light incident surface 16S are searched.

【0022】以下、X0=0及びX0≠0のそれぞれの場
合につき、その動作をさらに詳細に説明する。X0=0
の場合には、該演算・制御装置18は、該ミラー3の該
第一及び第二の角度値θ1 1及びθ1 2を、θ1 2<θ1 1とな
るように調整した上で、第一回目の本探索D1を行う
(ステップS4)。すなわち、該本探索D1では、角度
差△θ1=θ1 1−θ1 2を、前回の探索(予備探索D0)で
採用した角度差△θ0(=θ0 1−θ0 2=0)より所定量
だけ大きくなるように調整し、|S(△t)|を見かけ
上小さくした上で測定をおこなう。なお、該本探索D1
においても、該所定の時刻間隔△tで二度レーザ光を照
射させる。該PSD16が、検出結果X値(X1)を出
力する。また、該比較器17が、該X1値を前記X0値と
比較して、プラスかマイナスか0のいずれかの比較信号
1を出力する。該演算・制御装置18が、該X1値と該
信号R1を、該角度値θ1 1、θ1 2と共に、その格納領域
に格納する(ステップS5)。そして、該演算・制御装
置18は、該PSD16がX値として(Xmaxーd)/
2を出力したことを検出するまで、本探索を繰り返しお
こなう(ステップS6)。かかる繰り返し行う本探索に
おいては、その角度差△θ=θ1−θ2を順次増加させ、
該被測定物体の移動距離を順次見かけ上減少させながら
行う。すなわち、第m回目(m=1、2、・・・)の本
探索Dmにおいては、ミラー3の該第一及び第二の角度
位置θm 1、θm 2の角度差△θm1=θm 1−θm 2が、前回
(m−1回)の本探索Dm-1で採用した角度差△θ
m-1(=θm-1 1−θm-1 2)より該所定量だけ大きくなる
ように調整する。なお、レーザ光照射の時刻間隔は、す
べて、該所定時刻間隔△tとする。
The operation of each of X 0 = 0 and X 0 ≠ 0 will be described in more detail below. X 0 = 0
In the case of, the arithmetic and control unit 18 adjusts the first and second angle values θ 1 1 and θ 1 2 of the mirror 3 so that θ 1 21 1. The first main search D 1 is performed (step S4). That is, in the main search D 1, an angular difference △ θ 1 = θ 1 1 -θ 1 2, adopted angular difference in the previous search (preliminary search D 0) △ θ 0 (= θ 0 1 -θ 0 2 = 0), and then | S (Δt) | is apparently made smaller before measurement. The main search D 1
Also in the above, the laser light is emitted twice at the predetermined time interval Δt. The PSD 16 outputs the detection result X value (X 1 ). Further, the comparator 17 compares the X 1 value with the X 0 value and outputs a comparison signal R 1 which is either plus, minus or 0. The arithmetic and control unit 18, the X 1 value and the signal R 1, the angle value theta 1 1, with theta 1 2, and stores in its storage area (step S5). Then, in the arithmetic / control device 18, the PSD 16 outputs (X max -d) /
The main search is repeated until the output of 2 is detected (step S6). In such a repeated main search, the angle difference Δθ = θ 1 −θ 2 is sequentially increased,
The movement distance of the object to be measured is sequentially reduced while apparently decreasing. That is, in the m-th (m = 1, 2, ...) Main search D m , the angular difference Δθ m1 = of the first and second angular positions θ m 1 and θ m 2 of the mirror 3. θ m 1 −θ m 2 is the angular difference Δθ adopted in the previous (m-1) main search D m-1.
It is adjusted to be larger than m-1 (= θ m-1 1 −θ m-1 2 ) by the predetermined amount. The time intervals of laser light irradiation are all the predetermined time intervals Δt.

【0023】図5は、このように本探索Dmが繰り返し
行われる結果、検出値Xmが、どのように推移していく
かを示す一例である。まず、予備探索D0では、1次回
折光が該光入射面16Sに入射していないので、X0
0である。その後、被測定物体の見かけ上の移動距離を
小さくしながら本探索を繰り返し行う。1次回折光が該
光入射面16Sに入射しない間(図のの期間)は、検
出値Xは0のままであり、該比較器17は、0の比較信
号Rを出力し続ける。しかし、本探索をさらに続けてい
くと、ある回の探索(M回目の本探索DM:図の)
で、1次回折光が初めて該光入射面16S内に入射する
ために、検出値Xが正の値をもつようになり、該比較器
17はプラスの比較信号RMを出力する。さらに本探索
を続けていくと、1次回折光の位置がしだいに該原点1
6Sx0に近づいていくため(図のの期間)、検出値X
はしだいに小さくなっていき、N回目の本探索DN(図
の)で、(Xmax−d)/2のX値(XN)が検出され
る。なお、この間、該比較器17はマイナスの比較信号
Rを出力し続けている。
FIG. 5 is an example showing how the detected value X m changes as a result of the repeated main search D m . First, in the preliminary search D 0 , since the first-order diffracted light is not incident on the light incident surface 16S, X 0 =
0. After that, the main search is repeated while reducing the apparent movement distance of the measured object. While the first-order diffracted light is not incident on the light incident surface 16S (the period shown in the figure), the detection value X remains 0, and the comparator 17 continues to output the comparison signal R of 0. However, if the main search is further continued, a certain search (Mth main search D M : in the figure)
Then, since the first-order diffracted light first enters the light incident surface 16S, the detected value X has a positive value, and the comparator 17 outputs a positive comparison signal R M. When the main search is further continued, the position of the first-order diffracted light gradually becomes the origin 1
Since it approaches 6S x0 (period in the figure), the detected value X
It gradually becomes smaller, and the X value (X N ) of (X max −d) / 2 is detected in the N-th main search DN (in the figure). During this period, the comparator 17 continues to output the negative comparison signal R.

【0024】該演算・制御装置18は、このように(X
max−d)/2の値のX(XN)が検出されたところで、
本探索を終了する(ステップS6)。そして、該演算・
制御装置18は、この(Xmax−d)/2の値のX
(XN)が検出された回(N回目)の本探索DNで使用さ
れたミラー角度値θN 1及びθN 2を、ミラー最適角度値Θ
1、Θ2と決定する(ステップS7)。ここで、(Xmax
−d)/2が検出された際のミラー角度値θN 1及びθN 2
を選択したのは以下の理由による。すなわち、該距離d
はXmaxに比べ十分小さいため、(Xmax−d)/2はX
max/2にほとんど等しい。したがって、ミラー3を該
角度θN 1及びθN 2で制御すれば、1次光のみをPSD光
入射面16Sの、それも、そのほぼ中央に入射させるこ
とができる。PSDではその光入射面の中心部の検出精
度が高いため、かかるミラー角度θN 1及びθN 2の制御に
より精度の高い検出を実現できるからである。
The computing / controlling device 18 thus operates in the manner of (X
Where X (X N ) with a value of max −d) / 2 is detected,
The main search ends (step S6). Then, the calculation
The controller 18 determines that the value of this (X max -d) / 2 is X.
The mirror angle values θ N 1 and θ N 2 used in the main search D N at the time when (X N ) is detected (N-th time) are used as mirror optimum angle values Θ.
1 and Θ 2 are determined (step S7). Where (X max
-D) / 2 mirror angle values θ N 1 and θ N 2 when detected
The reason for selecting is for the following reasons. That is, the distance d
Is sufficiently smaller than X max , so (X max −d) / 2 is X
Almost equal to max / 2. Therefore, if the mirror 3 is controlled by the angles θ N 1 and θ N 2 , only the primary light can be made incident on the PSD light incident surface 16S, or almost at the center thereof. This is because the PSD has high detection accuracy in the central portion of the light incident surface, and therefore high-precision detection can be realized by controlling the mirror angles θ N 1 and θ N 2 .

【0025】なお、該(Xmax−d)/2の値が検出さ
れたところで本探索を終了せずに、そのまま本探索を繰
り返し続けても良い。この場合には、図5に示すよう
に、(Xmax−d)/2が検出された回の本探索(N回
目の本探索DN)の直後に行われる本探索(N+1回目
の本探索DN+1:図の)で、2次光が該光入射面内に
入ってくるために、X値が急に大きくなり、該比較器1
7はプラスの信号RN+1を出力する。したがって、1回
目にプラスの比較信号が検出された本探索(図のの本
探索DM)から、2回目にプラスの比較信号が検出され
た本探索(図のの本探索DN+1)の1回前の本探索
(図のの本探索DN)までの間、1次回折光のみが該
光入射面16Sに入射していたことがわかる。そこで、
この間の本探索(M回からN回までの本探索)で検出さ
れたX値のうち、Xmax/2との差が最も小さいXを選
択し、その際使用したミラー角度θ1及びθ2の値を、該
最適値Θ1、Θ2として決定しても良い。
Incidentally, the main search may be repeated as it is without terminating the main search when the value of (X max -d) / 2 is detected. In this case, as shown in FIG. 5, the main search (N + 1th main search) performed immediately after the main search (Nth main search DN ) when (X max −d) / 2 is detected. D N + 1 : (in the figure), the secondary light enters the light incident surface, so that the X value suddenly increases and the comparator 1
7 outputs a positive signal R N + 1 . Therefore, from the main search in which the positive comparison signal is detected at the first time (main search D M in the figure), the main search in which the positive comparison signal is detected at the second time (main search D N + 1 in the figure) It can be seen that only the first-order diffracted light was incident on the light incident surface 16S until the main search (the main search D N in the figure) one time before. Therefore,
Among the X values detected in the main search (M to N main searches) during this period, the X having the smallest difference from X max / 2 is selected, and the mirror angles θ 1 and θ 2 used at that time are selected. May be determined as the optimum values Θ 1 and Θ 2 .

【0026】一方、X0≠0の場合には、該演算・制御
装置18は、該ミラー3の該角度値θ1 1及びθ1 2を、θ
1 2>θ1 1となるように調整した上で、第一回目の本探索
1を行う(図4のステップS8)。すなわち、該本探
索D1では、角度差−△θ1=θ1 2−θ1 1(ここで、−△
θ1は正の値)を、前回の探索(予備探索D0)で採用し
た角度差−△θ0(=θ0 2−θ0 1=0)より所定量だけ
大きくなるように調整し、|S(△t)|を見かけ上大
きくした上で測定を行う。なお、該本探索D1において
も、該所定の時刻間隔△tで二度レーザ光を照射させ
る。該PSD16が検出値X(X1)を出力し、該比較
器17が、該X1値を前記X0値と比較して、比較信号R
1を出力する。該演算・制御装置18が、該X1値と該信
号R1を、該角度値θ1 1、θ1 2と共に、その格納領域に
格納する(ステップS9)。そして、該演算・制御装置
18は、該PSD16が(Xmax−d)/2のX値を出
力し、かつ、該比較器17がマイナスの比較信号を出力
するような本探索が行われるまで本探索Dm繰り返し行
う(ステップS10)。かかる繰り返し行う本探索にお
いては、その角度差−△θ=θ2−θ1(−△θは正の
値)を順次増加させ、該被測定物体の移動距離を見かけ
上増加させながら行う。すなわち、第m回目(m=1、
2、・・・)の本探索Dmにおいては、ミラー3の該第
一及び第二の角度位置θm 1、θm 2の角度差−△θm=θm
2−θm 1が、前回(m−1回)の本探索Dm-1で採用した
角度差−△θm-1(=θm-1 2−θm-1 1)より該所定量だ
け大きくなるように調整する。なお、レーザ光照射の時
刻間隔は、すべて、該所定時刻間隔△tとする。
On the other hand, when X 0 ≠ 0, the arithmetic and control unit 18 sets the angle values θ 1 1 and θ 1 2 of the mirror 3 to θ.
After adjusting so that 1 2 > θ 1 1 , the first main search D 1 is performed (step S8 in FIG. 4). That is, in the main search D 1, the angular difference - △ θ 1 = θ 1 2 -θ 1 1 ( wherein, - △
θ 1 is a positive value) is adjusted to be larger than the angle difference −Δθ 0 (= θ 0 2 −θ 0 1 = 0) adopted in the previous search (preliminary search D 0 ) by a predetermined amount, | S (Δt) | Also in the main search D 1 , the laser light is emitted twice at the predetermined time interval Δt. The PSD 16 outputs a detection value X (X 1 ), and the comparator 17 compares the X 1 value with the X 0 value to obtain a comparison signal R
Output 1 The arithmetic and control unit 18, the X 1 value and the signal R 1, the angle value theta 1 1, with theta 1 2, and stores in its storage area (step S9). Then, the arithmetic / control device 18 performs the main search until the PSD 16 outputs the X value of (X max -d) / 2 and the comparator 17 outputs the negative comparison signal. The main search D m is repeated (step S10). In the repetitive main search, the angular difference −Δθ = θ 2 −θ 1 (−Δθ is a positive value) is sequentially increased to apparently increase the moving distance of the measured object. That is, the m-th time (m = 1,
2, ...) In the main search D m , the angular difference between the first and second angular positions θ m 1 and θ m 2 of the mirror 3 −Δθ m = θ m
2− θ m 1 is the predetermined amount from the angle difference −Δθ m-1 (= θ m-1 2 −θ m-1 1 ) used in the previous (m−1) main search D m-1. Adjust so that it becomes larger. The time intervals of laser light irradiation are all the predetermined time intervals Δt.

【0027】図6は、このように本探索Dmが繰り返し
行われる結果、検出値Xmが、どのように推移していく
かを示す一例である。まず、予備探索D0では、1次回
折光のみならず2次回折光と3次回折光も該光入射面1
6Sに入射しているため、これら三つの回折光光点全体
の重心位置を示すX0が検出される。本探索を開始し
て、被測定物体の見かけ上の移動距離を大きくしていく
と(図のの期間)、回折光光点が全体的に図の右方向
(該原点16Sx0から遠ざかる方向)にシフトしていく
ため、該比較器17はプラスの比較信号Rを出力し続け
る。しかし、本探索をさらに続けていくと、ある回の本
探索(M回の本探索DM:図の)において、3次光が
該光入射面16Sからそれて入射しなくなる。この結
果、検出値XMが急に小さくなり、該比較器17はマイ
ナスの比較信号RMを出力する。本探索をさらに続けて
いくと(図のの期間)、二つの回折光光点が全体的に
右方向に順次シフトしていくため、該比較器17はプラ
スの比較信号Rを出力し続ける。しかし、本探索をさら
に続けると、ある回の本探索(N回の本探索DN:図の
)において、2次光が該光入射面16Sからそれて入
射しなくなり、該PSDは、1次光のみの重心位置(1
次光のピーク位置)である(Xmax−d)/2を検出す
る。また、該比較器17がマイナスの比較信号RNを出
力する。このように、X値として(Xmax−d)/2が
検出され、かつ、マイナスの比較信号が検出されたとこ
ろで、本探索を終了する(ステップS10)。該演算・
制御装置18は、この(Xmax−d)/2の値のX
(XN)が検出された回(N回)の本探索DNで使用され
たミラー角度値θN 1及びθN 2を、ミラー最適角度値
Θ1、Θ2と決定する(ステップS11)。なお、(X
max−d)/2とマイナスの比較信号が検出された後
も、本探索を繰り返し続けるようにしても良い。この場
合には、図6に示すように、1次回折光が右方向にシフ
トしていくために、該比較器17はプラスの比較信号を
出力し続ける(図のの期間)。しかし、ある回(L回
目)の本探索DLで、1次光も該光入射面16Sからそ
れて入射しなくなり、XL値0が検出され、該比較器1
7はマイナスの比較信号RLを出力する。したがって、
最後にマイナスの比較信号が検出された本探索(L回目
の本探索DL:図の)の1回前の本探索(L−1回目
の本探索DL-1)と、その直前にマイナスの比較信号が
検出された本探索(N回目の本探索DN:図の)の
間、1次回折光のみが該光入射面16Sに入射していた
ことがわかる。したがって、この間(N回目からL−1
回目の本探索)に得られたXのうち、Xmax/2に最も
近い値が検出された際に使用したミラー角度値θ1及び
θ2を、ミラー最適角度値Θ1、Θ2と決定しても良い。
FIG. 6 is an example showing how the detected value X m changes as a result of the repeated main search D m . First, in the preliminary search D 0 , not only the first-order diffracted light but also the second-order diffracted light and the third-order diffracted light are incident on the light incident surface 1.
Since it is incident on 6S, X 0 indicating the barycentric position of all of these three diffracted light spots is detected. When the actual search is started and the apparent movement distance of the object to be measured is increased (the period shown in the figure), the diffracted light spot is in the right direction as a whole (direction away from the origin 16S x0 ). Therefore, the comparator 17 continues to output the positive comparison signal R. However, if the main search is further continued, in a certain number of main searches (M main searches D M : in the figure), the tertiary light deviates from the light incident surface 16S and does not enter. As a result, the detected value X M suddenly decreases, and the comparator 17 outputs a negative comparison signal R M. When the main search is further continued (in the period shown in the figure), the two diffracted light spots are sequentially shifted rightward as a whole, so that the comparator 17 continues to output the positive comparison signal R. However, if the main search is further continued, in a certain number of main searches (N times of main searches D N : in the figure), the secondary light does not deviate from the light incident surface 16S, and the PSD becomes the primary Center of gravity of light only (1
( Xmax- d) / 2, which is the peak position of the next light, is detected. Further, the comparator 17 outputs a negative comparison signal R N. As described above, when (X max -d) / 2 is detected as the X value and the negative comparison signal is detected, the main search is terminated (step S10). The calculation
The controller 18 determines that the value of this (X max -d) / 2 is X.
The mirror angle values θ N 1 and θ N 2 used in the main search D N at which (X N ) is detected (N times) are determined as mirror optimum angle values Θ 1 and Θ 2 (step S11). . In addition, (X
The main search may be repeated after the negative comparison signal of max −d) / 2 is detected. In this case, as shown in FIG. 6, the first-order diffracted light shifts to the right, so that the comparator 17 continues to output a positive comparison signal (period in the figure). However, in a certain time (L-th) main search D L , the primary light also deviates from the light incident surface 16S, and the X L value 0 is detected, and the comparator 1
7 outputs a negative comparison signal R L. Therefore,
Finally, the main search (L-1th main search DL-1 ) before the main search (L-th main search DL : in the figure) in which a negative comparison signal is detected, and immediately before that It can be seen that only the first-order diffracted light was incident on the light incident surface 16S during the main search (N-th main search D N : in the figure) in which the comparison signal was detected. Therefore, during this period (from the Nth time, L-1
The mirror angle values θ 1 and θ 2 used when the value closest to X max / 2 among the X values obtained in the second main search) are determined as the optimum mirror angle values Θ 1 and Θ 2. You may.

【0028】このようにして、1次回折光のみを該光入
射面16Sに入射させるのに最適な角度Θ1、Θ2が求め
られる。本発明の測定装置1は、かかるミラー最適角度
値決定動作が終了すると、すぐに、速度の時間的変化状
態を調べるための一連の測定動作を開始する。該一連の
測定動作の各動作においては、該ミラー3を該最適角度
値θN 1及びθN 2(Θ1、Θ2)で制御し測定を行う。すな
わち、レーザ光を該所定の時間間隔△tをおいて2度照
射しつつ、該ミラーを該角度値θN 1及びθN 2で制御す
る。そして、検出したX値から、前記数式1乃至4より
速度Vを演算するのである。各測定動作では、ミラーを
該ミラー最適角度値で制御するため、1次回折光のみが
該光入射面に入射することが確保され、正確な測定を行
うことができる。また、本発明によれば、該一連の測定
を構成する各測定を、それぞれ、極めて短時間で行うこ
とができるので、該被測定物体の速度の時間変化の状態
を、極めて短い時間間隔で測定することができる。
In this way, the optimum angles Θ 1 and Θ 2 for making only the first-order diffracted light incident on the light incident surface 16S are obtained. The measuring apparatus 1 of the present invention immediately starts a series of measuring operations for investigating the temporal change state of the velocity when the mirror optimum angle value determining operation is completed. In each operation of the series of measurement operations, the mirror 3 is controlled by the optimum angle values θ N 1 and θ N 21 , Θ 2 ) to perform measurement. That is, while irradiating the laser light twice with the predetermined time interval Δt, the mirror is controlled by the angle values θ N 1 and θ N 2 . Then, from the detected X value, the velocity V is calculated from the above-mentioned formulas 1 to 4. In each measurement operation, since the mirror is controlled by the mirror optimum angle value, it is ensured that only the first-order diffracted light is incident on the light incident surface, and accurate measurement can be performed. Further, according to the present invention, since each measurement constituting the series of measurements can be performed in an extremely short time, the state of the time change of the velocity of the measured object can be measured at an extremely short time interval. can do.

【0029】さらに、かかる一連の速度測定において、
被測定物体23の速度の変化にあわせ該レーザ照射時刻
間隔△tを変化させれば、1次回折光を該光入射面16
Sの中心付近に常に入射させ続けることができる。すな
わち、速度が大きくなってきた場合には、△tを小さく
すれば良く、逆に速度が小さくなってきた場合には、△
tを大きくすれば良いのである。かかる調整により、P
SD16の検出精度、ひいては、測定装置1の精度を高
いままに維持することができる。かかる照射時刻間隔Δ
tの調整について、以下、詳細に説明する。該一連の速
度測定の各速度測定においては、該演算・制御装置18
は、それまでに行った速度測定の結果に基づいて、次回
の測定における照射時刻間隔Δtをフィードバック制御
し、一次回折光が常に該PSD光入射面16Sの中心部
に結像されるようにすることができる。具体的には、該
演算・制御装置18は、該LDコントローラ20を介し
て該LD2の該照射時刻間隔Δtを調整する。この際、
該演算・制御装置18は、今回(測定時刻T)までの測
定で得られた測定結果Vに基づいて速度の時間的変化の
状態を求め、次回の測定(測定時刻T’)における速度
V’の値を予測する。そして、この値V’が今回の速度
Vより大きいと予測される場合には、次回の照射時刻間
隔Δt’を前回における時刻間隔Δtに対して適当な量
だけ小さくする。また、逆に、V’がVより小さいと予
測される場合には、Δt’をΔtより適当な量だけ大き
くする。こうして、光点間距離|N(Δt’)|を調整
し、1次回折光を常にPSD受光面のほぼ中心位置に結
像させる。なお、次回の測定における照射時刻間隔Δ
t’を今回までの測定結果に基づいて調整する方法とし
ては、上述のようなものの他、以下のようなものでもよ
い。すなわち、ある時刻Tの測定において被測定物体の
速度が急に増加してVとなった場合に、次回の測定時刻
T’における速度V’はVと同一かそれより増加すると
予想し、Δt’をΔtより小さく調整する。また、測定
物体の速度が急に減少した場合には、逆にΔt’をΔt
より大きく調整するようにしてもよい。また、次回の測
定におけるΔt’を調整する際、これを今回までの測定
結果に基づいて調整するのではなく、前回または前々回
までの測定結果に基づいて調整するのでも良い。既に行
われた測定の結果に基づいて調整をすれば良いのであ
る。なお、該演算・制御装置18は、かかる照射時刻間
隔Δtの調整と共に、光変調器コントローラ19をも制
御して、空間光変調器5及び13の電圧印加タイミング
をも調整する。
Further, in such a series of velocity measurement,
If the laser irradiation time interval Δt is changed in accordance with the change in the velocity of the object 23 to be measured, the first-order diffracted light is emitted from the light incident surface 16
It is possible to always keep the light incident near the center of S. That is, if the speed is increasing, Δt may be decreased, and conversely, if the speed is decreasing, Δt is decreased.
It is only necessary to increase t. With this adjustment, P
It is possible to maintain the detection accuracy of SD16, and thus the accuracy of the measurement device 1, at a high level. This irradiation time interval Δ
The adjustment of t will be described in detail below. In each speed measurement of the series of speed measurements, the arithmetic / control device 18
Feedback-controls the irradiation time interval Δt in the next measurement based on the result of the speed measurement performed up to that time so that the first-order diffracted light is always imaged on the central portion of the PSD light incident surface 16S. be able to. Specifically, the arithmetic / control device 18 adjusts the irradiation time interval Δt of the LD 2 via the LD controller 20. On this occasion,
The arithmetic / control device 18 obtains the state of the temporal change in speed based on the measurement result V obtained by the measurement up to this time (measurement time T), and calculates the speed V ′ at the next measurement (measurement time T ′). Predict the value of. Then, when it is predicted that this value V ′ is larger than the current speed V, the next irradiation time interval Δt ′ is reduced by an appropriate amount with respect to the previous time interval Δt. On the contrary, when V ′ is predicted to be smaller than V, Δt ′ is made larger than Δt by an appropriate amount. In this way, the distance between light spots | N (Δt ′) | The irradiation time interval Δ in the next measurement
As a method of adjusting t ′ based on the measurement results up to this time, the following method may be used in addition to the above method. That is, when the velocity of the object to be measured suddenly increases to V at the measurement at a certain time T, the velocity V ′ at the next measurement time T ′ is expected to be equal to or higher than V, and Δt ′ Is adjusted to be smaller than Δt. When the velocity of the measuring object suddenly decreases, Δt ′ is changed to Δt
You may make it adjust larger. Further, when adjusting Δt ′ in the next measurement, this may not be adjusted based on the measurement result up to this time, but may be adjusted based on the measurement result up to the previous time or the previous two times. Adjustments may be made based on the results of measurements already made. The arithmetic / control device 18 also controls the optical modulator controller 19 in addition to adjusting the irradiation time interval Δt to adjust the voltage application timing of the spatial light modulators 5 and 13.

【0030】なお、該比較器17としては、たとえば、
図7に示す比較回路を用いればよい。かかる比較回路1
7は、サンプルホールド回路111と、オペアンプ回路
112と、1kΩの固定抵抗113及び114と、10
0kΩにした可変抵抗115からなる。該比較器17
は、任意の回((m−1)回)の本探索において該PS
D16が出力した電圧信号Xm-1をサンプルホールドし
ておき、次回(m回)の本探索において該PSD16が
出力した電圧信号Xmと比較し、比較信号Rmを出力す
る。したがって、該比較器17は、Xm>Xm-1であれ
ば、プラスの値の信号Rmを出力し、Xm<Xm-1であれ
ば、マイナスの値の信号Rmを出力し、Xm=Xm-1であ
れば、0の値の信号Rmを出力する。該比較器17はま
た、該演算・制御装置18内に配置させても良い。
The comparator 17 is, for example,
The comparison circuit shown in FIG. 7 may be used. Such a comparison circuit 1
Reference numeral 7 denotes a sample hold circuit 111, an operational amplifier circuit 112, fixed resistors 113 and 114 of 1 kΩ, and 10
It comprises a variable resistor 115 having a resistance of 0 kΩ. The comparator 17
Is the PS in any number ((m-1)) of main searches.
The voltage signal X m-1 output by D16 is sampled and held, and compared with the voltage signal X m output by the PSD 16 in the next (m times) main search, and a comparison signal R m is output. Therefore, the comparator 17 outputs a positive value signal R m if X m > X m−1 , and outputs a negative value signal R m if X m <X m−1. Then, if X m = X m-1 , the signal R m having a value of 0 is output. The comparator 17 may also be arranged in the arithmetic and control unit 18.

【0031】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-mentioned embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0032】本発明の測定装置で行うミラー最適角度決
定方法は、上述の図4の方法に限られない。ミラーの角
度値θ1、θ2を変化させながら測定を繰り返し行い、得
られたX値の変化状態をもとにミラー最適角度値Θ1
Θ2を決定するのであれば良い。また、該ミラー最適角
度決定動作を、該一連の速度測定動作の最初の測定動作
として扱っても良い。すなわち、該最適角度値Θ1、Θ2
が使用された本探索で検出されたX値をもとに速度|V
△t|を演算し、これを、該一連の速度測定の最初の測
定値としても良い。
The method for determining the optimum mirror angle performed by the measuring apparatus of the present invention is not limited to the method shown in FIG. The measurement is repeated while changing the angle values θ 1 and θ 2 of the mirror, and the optimum mirror angle value Θ 1 ,
All that is required is to determine Θ 2 . Further, the mirror optimum angle determination operation may be treated as the first measurement operation of the series of speed measurement operations. That is, the optimum angle values Θ 1 , Θ 2
Based on the X value detected in the main search using
It is also possible to calculate Δt | and use this as the first measurement value of the series of speed measurements.

【0033】上述の実施例では、1次光のみを該光入射
面16Sに入射させるためのミラー最適角度値を決定
し、これに基づいて一連の速度測定を行うようにした。
しかし、ミラーの角度のみならず、該レーザ光照射時刻
間隔△tの最適値を決定し、ミラー角度と光照射時間間
隔の最適値に基づいて、速度測定を行うようにしても良
い。さらに、該一連の速度測定動作においても、△tの
みならず、該ミラー角度値を調整し、1次光が常に該光
入射面中心付近に入射するようにして、高精度の検出を
維持するようにしても良い。また、上述の実施例では、
1次光のみを該光入射面16Sに入射させるべく、ガル
バノミラー3の偏向角度を最適値に調整したが、本発明
はこれに限られない。ガルバノミラーの代わりに、超音
波伝搬方向を該被測定物体23の移動方向と平行になる
ように配置した音響光学偏向器や、電気光学偏向器、ポ
リゴンミラー等を設け、これらの偏向角度を最適値に調
整しても良い。また、このような偏向手段の代わりに、
第一の空間光変調器5上へのスペックルパターンの結像
倍率を変化させる手段を設け、該結像倍率を最適値に調
整することにより、1次光のみを該光入射面に入射させ
ても良い。つまり、ガルバノミラー3と結像レンズ4の
代わりに、ズームレンズ系を設け、倍率を最適値に調整
しても良い。該ズームレンズ系の倍率を変化させること
でも、移動距離|S(△t)|に対するシフト距離|M
(△t)|を任意に変えることができるからである。ま
た、該ズームレンズ系の代わりに、可変焦点レンズを設
け、焦点距離を最適値に調整しても良い。また、フーリ
エ変換レンズ12及び/または15の焦点距離を、最適
値に調整するようにしても良い。該レンズ12、15の
かかる焦点距離の調整により、移動距離|S(△t)|
に対する前記回折光光点間距離|N(△t)|を任意に
変化させることができるからである。いずれにしても、
本発明は、回折光光点間距離|N(△t)|を、1次光
のみが該光入射面16Sに入射するような最適な値とす
ることによって、PSDによる正確かつ高精度の検出を
可能としている。
In the above-described embodiment, the optimum mirror angle value for making only the primary light incident on the light incident surface 16S is determined, and a series of speed measurement is performed based on this.
However, not only the angle of the mirror but also the optimum value of the laser light irradiation time interval Δt may be determined, and the speed may be measured based on the optimum values of the mirror angle and the light irradiation time interval. Further, also in the series of speed measurement operations, not only Δt but also the mirror angle value is adjusted so that the primary light always enters near the center of the light incident surface to maintain highly accurate detection. You may do it. Also, in the above embodiment,
Although the deflection angle of the galvanometer mirror 3 is adjusted to the optimum value so that only the primary light is incident on the light incident surface 16S, the present invention is not limited to this. Instead of a galvanometer mirror, an acousto-optic deflector in which the ultrasonic wave propagation direction is arranged to be parallel to the moving direction of the object to be measured 23, an electro-optic deflector, a polygon mirror, etc. are provided, and these deflection angles are optimized You may adjust to the value. Also, instead of such a deflection means,
A means for changing the image forming magnification of the speckle pattern on the first spatial light modulator 5 is provided, and only the primary light is made incident on the light incident surface by adjusting the image forming magnification to an optimum value. May be. That is, instead of the galvanometer mirror 3 and the imaging lens 4, a zoom lens system may be provided and the magnification may be adjusted to an optimum value. Even if the magnification of the zoom lens system is changed, the shift distance | M for the moving distance | S (Δt) |
This is because (Δt) | can be changed arbitrarily. Further, instead of the zoom lens system, a variable focus lens may be provided and the focal length may be adjusted to an optimum value. Further, the focal lengths of the Fourier transform lenses 12 and / or 15 may be adjusted to optimal values. By adjusting the focal length of the lenses 12 and 15, the moving distance | S (Δt) |
This is because it is possible to arbitrarily change the distance | N (Δt) | In any case,
According to the present invention, the distance | N (Δt) | between the diffracted light spots is set to an optimum value such that only the first-order light is incident on the light incident surface 16S. Is possible.

【0034】該演算・制御装置18は、移動量及び移動
速度のみならず、移動方向をも求めることができる。す
なわち、被測定物体23の移動方向と該回折光の並ぶ方
向とは一定の関係にあるので、該PSD16として2次
元の半導体位置検出素子を採用することで、該被測定物
体の移動方向をも求めることができる。
The arithmetic and control unit 18 can obtain not only the moving amount and moving speed but also the moving direction. That is, since the moving direction of the object to be measured 23 and the direction in which the diffracted light is arranged have a fixed relationship, the moving direction of the object to be measured is also changed by adopting a two-dimensional semiconductor position detecting element as the PSD 16. You can ask.

【0035】上述の実施例では、測定装置は固定されて
おり、被測定物体が移動していたが、この逆に、測定装
置が移動しており、被測定物体が固定されていてもよ
い。この場合には、固定されている被測定物体の、測定
装置に対する相対的な移動量及び速度を測定することに
よって、速度測定装置の、絶対的移動量及び速度が求め
られる。たとえば、測定装置を自動車等移動する物体に
載置することにより、この移動物体の移動量及び速度を
求めることができる。上述の実施例は、光学的移動速度
測定装置に関するものであったが、本発明はこれに限ら
れない。被測定物体の歪み状態を測定し応力分布を調べ
るようなものでも良い。物体の移動量や歪み量等、物体
の変位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、被測定物体の像を空間光変調器に記
録する。第一及び第二の照射時刻における被測定物体の
像を第一の空間光変調器に二重記録し、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。これを第二の空間光変調器に記録し、さらに、該記
録されたヤングの干渉縞を読みだしフーリエ変換すれ
ば、該回折光が得られるからである。
In the above-described embodiment, the measuring device is fixed and the object to be measured moves, but conversely, the measuring device may move and the object to be measured may be fixed. In this case, the absolute movement amount and speed of the speed measuring device are obtained by measuring the relative movement amount and speed of the fixed object to be measured with respect to the measuring device. For example, by mounting the measuring device on a moving object such as an automobile, the moving amount and speed of this moving object can be obtained. Although the above-described embodiments relate to the optical movement velocity measuring device, the present invention is not limited to this. It is also possible to measure the strain state of the measured object and check 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 object to be measured may be irradiated with incoherent light instead of coherent light such as laser light. In this case, not the speckle pattern but the image of the measured object is recorded in the spatial light modulator. Young's interference fringes can be obtained by double recording the images of the object to be measured at the first and second irradiation times in the first spatial light modulator and reading the double recorded image and performing Fourier transform. This is because the diffracted light can be obtained by recording this in the second spatial light modulator and further reading out the recorded Young's interference fringes and performing Fourier transform.

【0036】スペックルパターンを二重記録する手段と
しては、強誘電性液晶空間光変調器に限られず、第一の
測定時刻における被測定物体の受光パターンを、少なく
とも第二の測定時刻まで蓄積でき、被測定物体の像を二
重記録することが可能な空間光変調器であればよい。更
に、上述の実施例では、光を被測定物体に照射し、その
反射光パターンで物体の変位量を測定していたが、被測
定物体の種類等によっては、透過光パターンで測定を行
ってもよい。すなわち、被測定物体の透過光に形成され
た像やスペックルパターンを、空間光変調器に二重記録
させるようにしてもよい。また、被測定物体からの透過
光または反射光に形成されたパターンの光強度が小さい
場合には、結像レンズ4と第一の空間光変調器5との間
に、公知のイメージインテンシファイアを設け、パター
ンの光強度を高めた後、第一の空間光変調器5の書き込
み入射面Swに入射させるようにしてもよい。
The means for double recording the speckle pattern is not limited to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, and the light receiving pattern of the object to be measured at the first measurement time can be accumulated at least until the second measurement time. Any spatial light modulator capable of double recording the image of the object to be measured may be used. Further, in the above-mentioned embodiment, the object to be measured is irradiated with light, and the displacement amount of the object is measured by the reflected light pattern, but depending on the type of the object to be measured, the transmitted light pattern may be measured. Good. That is, the image or speckle pattern formed on the transmitted light of the object to be measured may be double recorded on the spatial light modulator. Further, when the light intensity of the pattern formed in the transmitted light or the reflected light from the object to be measured is small, a known image intensifier is provided between the imaging lens 4 and the first spatial light modulator 5. May be provided to increase the light intensity of the pattern, and then the light may be incident on the writing incident surface S w of the first spatial light modulator 5.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明の光学的変位量測定装置においては、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。第一の記録手段が、該二の測定時刻の像を、二重記
録する。第一のコヒーレント光投光手段が、該第一の記
録手段にコヒーレント光を照射して、該第一の記録手段
の該二重記録像を読み出す。該読みだした二重記録像
を、第一のフーリエ変換手段がフーリエ変換し、ヤング
の干渉縞からなる第一のフーリエ変換像を形成する。第
二の記録手段が、該第一のフーリエ変換像を記録する。
第二のコヒーレント光投光手段が、該第二の記録手段に
コヒーレント光を照射して、該第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、第二のフーリエ変換手段がフーリエ変換
し、複数の回折光点からなる第二のフーリエ変換像を形
成する。調整手段が、該複数の回折光点間の距離を調整
することにより、該1次回折光点のみを該光重心位置検
出手段に入射させる。そして、光重心位置検出手段が、
該第二のフーリエ変換像のうちの1次回折光点の重心位
置を検出することにより、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。このように本発明によれば、該第
二のフーリニ変換像の重心位置を検出するのに、走査や
複雑な相関演算が不要となり、短時間で測定を行うこと
ができる。このため、実時間測定性に優れている。本発
明によれば、該調整手段が、該第二のフーリエ変換像の
位置を任意に調整することができる。したがって、該二
の測定時刻間における被測定対象の変位量の大小に係わ
らず、その変位量の測定が可能となり、ダイナミックレ
ンジを広くすることができる。また、該第二のフーリエ
変換像を、該光重心位置検出手段の、検出精度の高い領
域に位置させることができるため、検出誤差を少なく
し、測定精度を向上させることができる。
As is clear from the above description,
In the optical displacement measuring device of the present invention, 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 unit 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 out the double-recorded image of the first recording unit. Said read Heading was double recording images, the first Fourier transform means Fourier transform, Young
Form a first Fourier transform image composed of interference fringes . 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 performs Fourier transform on the read first Fourier transform image to form a second Fourier transform image composed of a plurality of diffracted light spots . Adjusting means adjusts the distance between the plurality of diffracted light points
By doing so, only the first-order diffracted light point
It is incident on the output means . Then, the light center of gravity position detection means
By detecting the barycentric position of the first-order diffracted light point in the second Fourier transform image, the relative displacement amount of the measured object with respect to the optical displacement amount measuring device during the second measurement time is determined. Ask. As described above, according to the present invention, in order to detect the barycentric position of the second Fourier transform image, scanning and complicated correlation calculation are unnecessary, and the measurement can be performed in a short time. For this reason, it is excellent in real-time measurement. According to the present invention, the adjusting means can arbitrarily adjust the position of the second Fourier transform image. Therefore, the displacement amount can be measured regardless of the displacement amount of the object to be measured between the two measurement times, and the dynamic range can be widened. Further, since the second Fourier transform image can be positioned in a region of the optical barycentric position detecting means with high detection accuracy, the detection error can be reduced and the measurement accuracy can be improved.

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

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

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

【図1C】図1Aの光学的移動速度測定装置の速度測定
動作の動作タイミングチャートである。
FIG. 1C is an operation timing chart of a speed measurement operation of the optical moving speed measurement device of FIG. 1A.

【図2A】図1AのPSD16をレンズ15の側から見
た場合の配置状態を説明する正面説明図である。
FIG. 2A is a front explanatory view illustrating an arrangement state when the PSD 16 of FIG. 1A is viewed from the lens 15 side.

【図2B】図1AのPSD16とレンズ15の位置関係
を説明する上面説明図である。
FIG. 2B is a top view illustrating the positional relationship between the PSD 16 and the lens 15 in FIG. 1A.

【図3A】被測定物体の移動距離|S(△t)|が小さ
い場合の、PSD16に対する回折光の位置を示す正面
説明図である。
FIG. 3A is a front explanatory view showing the position of the diffracted light with respect to the PSD 16 when the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured is small.

【図3B】被測定物体の移動距離|S(△t)|が大き
い場合の、PSD16に対する回折光の位置を示す正面
説明図である。
FIG. 3B is a front explanatory view showing the position of the diffracted light with respect to the PSD 16 when the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured is large.

【図4】本発明の実施例にかかる光学的移動速度測定装
置において行うミラー最適角度値決定方法を示すフロー
チャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a mirror optimum angle value determination method performed in the optical movement velocity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図5】被測定物体の移動距離|S(△t)|を見かけ
上小さくしながら本探索を繰り返し行っていく場合に、
PSD16上に結像される回折光光点の位置とPSD1
6の検出値Xの変化していく状態を示す。
FIG. 5 shows a case where the main search is repeatedly performed while apparently reducing the moving distance | S (Δt) |
The position of the diffracted light spot imaged on the PSD 16 and the PSD 1
6 shows a state in which the detected value X of 6 is changing.

【図6】被測定物体の移動距離|S(△t)|を見かけ
上大きくしながら本探索を繰り返し行っていく場合に、
PSD16上に結像される回折光光点の位置とPSD1
6の検出値Xの変化していく状態を示す。
FIG. 6 shows a case where the main search is repeatedly performed while apparently increasing the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured,
The position of the diffracted light spot imaged on the PSD 16 and the PSD 1
6 shows a state in which the detected value X of 6 is changing.

【図7】比較器17の具体的構成を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a comparator 17.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学的移動速度測定装置 2 レーザダイオード 3 ガルバノミラー 5 強誘電性液晶空間光変調装置 7 He−Neレーザ装置 12 フーリエ変換レンズ 13 強誘電性液晶空間光変調装置 15 フーリエ変換レンズ 16 半導体位置検出素子 18 演算・制御装置 21 ミラーコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical movement velocity measuring device 2 Laser diode 3 Galvano mirror 5 Ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 7 He-Ne laser device 12 Fourier transform lens 13 Ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 15 Fourier transform lens 16 Semiconductor position detecting element 18 Arithmetic / control device 21 Mirror controller

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定対象へ光を照射して、二の測定時
刻における該被測定対象の像を形成するための光照射手
段と、該二の測定時刻における該被測定対象の像を二重
記録するための第一の記録手段と、該第一の記録手段に
コヒーレント光を照射して該二重記録像を読みだすため
の第一のコヒーレント光投光手段と、該読み出した二重
記録像をフーリエ変換してヤングの干渉縞からなる第一
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複数の回折光点からなる第
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うちの1次回折光
点の重心の位置を検出し、該二の測定時刻間における該
被測定対象の相対的変位量を求めるための光重心位置検
出手段と、該複数の回折光点間の距離を調整することに
より該光重心位置検出手段に該1次回折光点のみを入射
させるための調整手段とを備えたことを特徴とする該光
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 A first Fourier transform means for Fourier transforming the recorded image to form a first Fourier transform image composed of Young's interference fringes; and a second recording means for recording the first Fourier transform image. , Second coherent light projecting means for irradiating the second recording means with coherent light to read out the first Fourier transform image, and Fourier transforming the read first Fourier transform image Second Fourier transform image consisting of multiple diffracted light spots And a second Fourier transform means for forming the position of the center of gravity of the first-order diffracted light point in the second Fourier transform image, and the relative displacement of the measured object between the two measurement times. An optical barycentric position detecting means for determining the quantity and an adjusting means for adjusting the distance between the plurality of diffracted light points to allow only the first-order diffracted light point to enter the optical barycentric position detection means are provided. The optical displacement measuring device according to the above.
【請求項2】 前記光照射手段が、コヒーレント光を前
記被測定対象へ照射して、前記二の測定時刻におけるス
ペックルパターンを形成し、該スペックルパターンを前
記第一の記録手段に二重記録することを特徴とする請求
項1記載の光学的変位量測定装置。
2. The light irradiating means irradiates the object to be measured with coherent light to form a speckle pattern at the second measurement time, and the speckle pattern is duplicated on the first recording means. The optical displacement amount measuring device according to claim 1, wherein the optical displacement amount is recorded.
【請求項3】 前記光重心位置検出手段が光入射面を備
えた半導体位置検出素子からなり、前記調整手段が、前
記複数の回折光点間の距離を調整することにより前記1
次回折光点のみを該光入射面に入射させることを特徴と
する請求項1記載の光学的変位量測定装置。
3. The light center of gravity position detecting means comprises a semiconductor position detecting element having a light incident surface, and the adjusting means adjusts the distance between the plurality of diffracted light points.
The optical displacement amount measuring device according to claim 1, wherein only the second-order diffracted light point is made incident on the light incident surface.
【請求項4】 前記調整手段が、該二の測定時刻におけ
る該被測定対象の像の位置を相対的に調整することによ
り、もって、該1次回折光点のみを該光入射面に入射さ
せることを特徴とする請求項3記載の光学的変位量測定
装置。
4. The adjusting means relatively adjusts the position of the image of the object to be measured at the second measurement time so that only the first-order diffracted light point is made incident on the light incident surface. The optical displacement amount measuring device according to claim 3.
【請求項5】 前記調整手段が、該二の測定時刻におけ
る該被測定対象の像を偏向させるための偏向手段からな
り、該二の測定時刻における該偏向手段の偏向方向を調
整することにより、該第一の記録手段に二重記録される
際の該被測定対象の像の相対的位置を調整し、もって、
該1次回折光点のみを該光入射面に入射させることを特
徴とする請求項4記載の光学的変位量測定装置。
5. The adjusting means comprises a deflecting means for deflecting the image of the object to be measured at the second measurement time, and by adjusting the deflection direction of the deflecting means at the second measurement time, Adjusting the relative position of the image of the object to be measured when double-recorded on the first recording means,
The optical displacement amount measuring device according to claim 4, wherein only the first-order diffracted light spot is made incident on the light incident surface.
【請求項6】 前記調整手段が、さらに、前記二の測定
時刻の時刻間隔を調整する手段を備えていることを特徴
とする請求項3記載の光学的変位量測定装置。
6. The optical displacement amount measuring device according to claim 3, wherein the adjusting means further comprises means for adjusting a time interval between the second measurement times.
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