JPH11257920A - 非接触式光学測定装置及びその使用方法 - Google Patents
非接触式光学測定装置及びその使用方法Info
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- JPH11257920A JPH11257920A JP11012844A JP1284499A JPH11257920A JP H11257920 A JPH11257920 A JP H11257920A JP 11012844 A JP11012844 A JP 11012844A JP 1284499 A JP1284499 A JP 1284499A JP H11257920 A JPH11257920 A JP H11257920A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度の向上、雑音の低下、調整の手間と
コストの大幅な節減によって卓越した非接触式光学測定
装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも１本の測定光と少なくとも１
本の参照光とによるレーザー干渉計を利用した対象１４
の変位測定または振動測定用の、周波数変位発生器１０
を装備し、レーザー１から発する光が光ガイド７を通過
し、測定光と参照光とへの分割が光ガイド７の出力端８
で行われ、前記測定光または参照光が周波数変位発生器
１０を少なくとも２回通過し、前記ビームの周波数変位
が増倍させられることを特徴とする形からなる。
コストの大幅な節減によって卓越した非接触式光学測定
装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも１本の測定光と少なくとも１
本の参照光とによるレーザー干渉計を利用した対象１４
の変位測定または振動測定用の、周波数変位発生器１０
を装備し、レーザー１から発する光が光ガイド７を通過
し、測定光と参照光とへの分割が光ガイド７の出力端８
で行われ、前記測定光または参照光が周波数変位発生器
１０を少なくとも２回通過し、前記ビームの周波数変位
が増倍させられることを特徴とする形からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１本の
測定光と少なくとも１本の参照光とによるレーザー干渉
計を利用した特に対象の変位測定および／または振動測
定用の、周波数変位発生器を装備した非接触式光学測定
装置に関する。
測定光と少なくとも１本の参照光とによるレーザー干渉
計を利用した特に対象の変位測定および／または振動測
定用の、周波数変位発生器を装備した非接触式光学測定
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザー干渉計は分解能の高い変位測定
用または振動測定用の理想的な測定装置である。この場
合、測定は純光学的に、したがって非接触で行われる。
その際、好ましくはレーザーによって発生させられるコ
ヒーレント光は測定光と参照光とに分けられる。測定光
は単独でいわゆる測定アームを経て測定対象に誘導さ
れ、同対象によって反射され、その後に参照光と重ね合
わされる。これによって干渉縞が生ずるが、これは測定
アームの長さによって極度に敏感に左右される。
用または振動測定用の理想的な測定装置である。この場
合、測定は純光学的に、したがって非接触で行われる。
その際、好ましくはレーザーによって発生させられるコ
ヒーレント光は測定光と参照光とに分けられる。測定光
は単独でいわゆる測定アームを経て測定対象に誘導さ
れ、同対象によって反射され、その後に参照光と重ね合
わされる。これによって干渉縞が生ずるが、これは測定
アームの長さによって極度に敏感に左右される。
【０００３】振動の正確な検出用に一般にいわゆるヘテ
ロダイン干渉計が普及している。同干渉計において測定
光と参照光とは互いに周波数が変位させられている。こ
の変位は音響光学変調器、特にブラッグセルによるかま
たは測定光と参照光との間の光路時間差と関連させた半
導体レーザーの同調によって発生させることができる。
ロダイン干渉計が普及している。同干渉計において測定
光と参照光とは互いに周波数が変位させられている。こ
の変位は音響光学変調器、特にブラッグセルによるかま
たは測定光と参照光との間の光路時間差と関連させた半
導体レーザーの同調によって発生させることができる。
【０００４】しかしながら、請求項１記載の上位概念が
基礎としている前記の一般に使用されている二光線干渉
計、たとえばマイケルスン干渉計またはマッハ―ツェー
ンダー干渉計には多数の光学素子が必要であり、その結
果、同干渉計はかなりの手間とコストをかけて、または
それ以上の自由度にて整定、調整されなければならな
い。
基礎としている前記の一般に使用されている二光線干渉
計、たとえばマイケルスン干渉計またはマッハ―ツェー
ンダー干渉計には多数の光学素子が必要であり、その結
果、同干渉計はかなりの手間とコストをかけて、または
それ以上の自由度にて整定、調整されなければならな
い。
【０００５】さらに公知のレーザー干渉計の感度には改
善の余地があるが、それは一般に測定アームの一部を形
成し、したがって振動と光ガイド内への分散とに対して
当該装置を敏感にする光ガイドが使用されるからであ
る。こうした雑音光は未処理測定対象の弱反射表面の測
定に際して特に不都合なものとなる。
善の余地があるが、それは一般に測定アームの一部を形
成し、したがって振動と光ガイド内への分散とに対して
当該装置を敏感にする光ガイドが使用されるからであ
る。こうした雑音光は未処理測定対象の弱反射表面の測
定に際して特に不都合なものとなる。
【０００６】こうした理由から、アール・アイ・レイミ
ング(R.I. Laming) 他、“実用型全繊維レーザー振動計
[A Practical All-Fibre Laser Vibrometer]”、Experi
mental Techniques, 1990年3月/4月は、光が光ガイドの
末端で初めて測定光と参照光とに分けられる干渉計を提
案している。この種の装置はブラッグセルと同調式半導
体レーザーの使用とを放棄することによって可能とな
る。
ング(R.I. Laming) 他、“実用型全繊維レーザー振動計
[A Practical All-Fibre Laser Vibrometer]”、Experi
mental Techniques, 1990年3月/4月は、光が光ガイドの
末端で初めて測定光と参照光とに分けられる干渉計を提
案している。この種の装置はブラッグセルと同調式半導
体レーザーの使用とを放棄することによって可能とな
る。
【０００７】ただし前記構造の短所は、半導体レーザー
での注入電流の変調による周波数変位が相対的にわずか
な周波数についてしか可能でなく、測定可能な振動周波
数と高速との範囲がそれによって大幅に制限されるとい
う点にある。さらに弱反射表面は注入電流変調によって
レーザー光の輝度変動が惹起される場合に振幅変調の支
障によって測定範囲からしばしば脱落することがある。
最後に半導体レーザーの使用はガスレーザーに比較して
一般に、半導体レーザーから放出される光のコヒーレン
ス長が短く、それによって測定光と参照光との間の光路
差と共に線形的に増大する位相雑音が干渉計内に惹起さ
れる点で、若干の短所を有している。
での注入電流の変調による周波数変位が相対的にわずか
な周波数についてしか可能でなく、測定可能な振動周波
数と高速との範囲がそれによって大幅に制限されるとい
う点にある。さらに弱反射表面は注入電流変調によって
レーザー光の輝度変動が惹起される場合に振幅変調の支
障によって測定範囲からしばしば脱落することがある。
最後に半導体レーザーの使用はガスレーザーに比較して
一般に、半導体レーザーから放出される光のコヒーレン
ス長が短く、それによって測定光と参照光との間の光路
差と共に線形的に増大する位相雑音が干渉計内に惹起さ
れる点で、若干の短所を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、前記レーザー干渉計の短所を除去し、特に、感度の
向上、雑音の低下、調整の手間とコストの大幅な節減に
よって卓越した非接触式光学測定装置を提供することで
ある。さらに半導体レーザーによる干渉計の作動を可能
とするだけでなく、干渉計を医療分野での利用に適する
ようにすることも最終的に意図されている。
は、前記レーザー干渉計の短所を除去し、特に、感度の
向上、雑音の低下、調整の手間とコストの大幅な節減に
よって卓越した非接触式光学測定装置を提供することで
ある。さらに半導体レーザーによる干渉計の作動を可能
とするだけでなく、干渉計を医療分野での利用に適する
ようにすることも最終的に意図されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項
１から１４に記載した点にある。
め、本発明の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項
１から１４に記載した点にある。
【００１０】特に、測定光または参照光が周波数変位発
生器を少なくとも２回通過し、ビームの周波数変位が倍
加されることによって解決される。
生器を少なくとも２回通過し、ビームの周波数変位が倍
加されることによって解決される。
【００１１】この場合、“通過”によって意味されてい
るのは周波数変位発生器とのあらゆる種類の相互作用で
あり、したがって、たとえば反射もそうである。
るのは周波数変位発生器とのあらゆる種類の相互作用で
あり、したがって、たとえば反射もそうである。
【００１２】周波数変位発生器の２回の通過により光学
的コストは大幅に低下するが、それはいずれの通過に際
しても同一の光路が利用され、これにより、従来必要と
されていた反射鏡系／レンズ系の大部分が不要となるか
らである。さらに、２回の通過によって、レーザー光の
周波数変位が倍加されるという付加的な長所が得られ
る。したがって、総じて数値的にかなり大きな周波数変
位が達成され、これによって測定可能な速度が高まり、
更に高い振動周波数方向に測定範囲が拡大されることと
なる。
的コストは大幅に低下するが、それはいずれの通過に際
しても同一の光路が利用され、これにより、従来必要と
されていた反射鏡系／レンズ系の大部分が不要となるか
らである。さらに、２回の通過によって、レーザー光の
周波数変位が倍加されるという付加的な長所が得られ
る。したがって、総じて数値的にかなり大きな周波数変
位が達成され、これによって測定可能な速度が高まり、
更に高い振動周波数方向に測定範囲が拡大されることと
なる。
【００１３】周波数変位されたビームが測定光であるの
が好適であるが、それは測定光を測定対象に垂直に当
て、同測定光がそのまま反射されて戻される場合には、
構造を非常に単純化することができるからである。こう
した場合には、ビームは最初に測定対象に向かう往路に
おいて周波数変位発生器を通過し、復路において再び周
波数変位発生器を通過することとなろう。
が好適であるが、それは測定光を測定対象に垂直に当
て、同測定光がそのまま反射されて戻される場合には、
構造を非常に単純化することができるからである。こう
した場合には、ビームは最初に測定対象に向かう往路に
おいて周波数変位発生器を通過し、復路において再び周
波数変位発生器を通過することとなろう。
【００１４】周波数変位発生器としては実地において十
分に真価が実証されているブラッグセルを使用するのが
好ましい。
分に真価が実証されているブラッグセルを使用するのが
好ましい。
【００１５】狭小なスペースで測定対象を測定しなけれ
ばならないことが度々ある。そのため、レーザーを測定
対象から若干離して配置し、レーザーから放出される光
が光ガイドを経て測定ヘッドに誘導されるようにするの
が好適である。かくてビームは測定ヘッドから測定対象
に投射される。
ばならないことが度々ある。そのため、レーザーを測定
対象から若干離して配置し、レーザーから放出される光
が光ガイドを経て測定ヘッドに誘導されるようにするの
が好適である。かくてビームは測定ヘッドから測定対象
に投射される。
【００１６】前記構造において光ガイドと測定対象との
間の範囲、したがって一般に測定ヘッドが周波数変位発
生器を配置する最適な場所であることが判明した。
間の範囲、したがって一般に測定ヘッドが周波数変位発
生器を配置する最適な場所であることが判明した。
【００１７】本発明の特に好ましい実施形態の本旨は測
定光と参照光とへのビームの分割が少なくとも光ガイド
の通過後に行われる点にある。測定光と参照光とができ
るだけ長く一緒に光ガイドを通過させられることにより
両者は正確に同一の態様の影響を受けることとなり、そ
の結果、障害は相殺され、測定結果が損なわれることは
ない。さらに前記構成により残余の測定アームの長さは
低減されることとなり、このことは特に半導体レーザー
から放出されるビームのコヒーレンス長が短く、したが
って干渉計内に位相雑音の高まりが結果するかぎりにお
いて好適である。この位相雑音は干渉計の測定アームと
参照アームとの間の絶対長の差が大きければ大きいほど
いっそう激しく作用することとなる。
定光と参照光とへのビームの分割が少なくとも光ガイド
の通過後に行われる点にある。測定光と参照光とができ
るだけ長く一緒に光ガイドを通過させられることにより
両者は正確に同一の態様の影響を受けることとなり、そ
の結果、障害は相殺され、測定結果が損なわれることは
ない。さらに前記構成により残余の測定アームの長さは
低減されることとなり、このことは特に半導体レーザー
から放出されるビームのコヒーレンス長が短く、したが
って干渉計内に位相雑音の高まりが結果するかぎりにお
いて好適である。この位相雑音は干渉計の測定アームと
参照アームとの間の絶対長の差が大きければ大きいほど
いっそう激しく作用することとなる。
【００１８】光ガイドの出力端での測定光と参照光とへ
の分割は測定光が光ガイドから流出する一方で参照光が
光ガイド端によって反射され光ガイド内に戻されること
によって行われるのが好適である。きわめて単純なケー
スではいずれにせよ光ガイド―空気―過渡部で反射され
る部分が参照光として利用される。これにより、総強度
の約４％に達し、その割合が測定信号の割合よりも大き
くなったことによりこれまで擾乱的とされてきたこの部
分を減少させるために従来必要とされていたすべての対
策は不要となる。
の分割は測定光が光ガイドから流出する一方で参照光が
光ガイド端によって反射され光ガイド内に戻されること
によって行われるのが好適である。きわめて単純なケー
スではいずれにせよ光ガイド―空気―過渡部で反射され
る部分が参照光として利用される。これにより、総強度
の約４％に達し、その割合が測定信号の割合よりも大き
くなったことによりこれまで擾乱的とされてきたこの部
分を減少させるために従来必要とされていたすべての対
策は不要となる。
【００１９】ただし、たとえば出力端の付加的な金属コ
ーティングによって参照光の強度を高めることも考えら
れる。
ーティングによって参照光の強度を高めることも考えら
れる。
【００２０】出力端での分割という特徴により、さもな
ければ必要となる手間とコストのかかる調整作業が不要
となり、特に単純な組み立てが可能となる。参照光は実
際に自動的に返送されることとなる。 出力端での分割
以外に、その後方での分割または光ガイド内での測定光
と参照光とへの分割も考えられることは言うまでもない
が、ただしそれはあまり好適ではない。これは光ガイド
内ではたとえば光ファイバーの製造時に生み出される屈
折率のジャンプにより光ガイド内の定められた点で行う
ことができるであろう。
ければ必要となる手間とコストのかかる調整作業が不要
となり、特に単純な組み立てが可能となる。参照光は実
際に自動的に返送されることとなる。 出力端での分割
以外に、その後方での分割または光ガイド内での測定光
と参照光とへの分割も考えられることは言うまでもない
が、ただしそれはあまり好適ではない。これは光ガイド
内ではたとえば光ファイバーの製造時に生み出される屈
折率のジャンプにより光ガイド内の定められた点で行う
ことができるであろう。
【００２１】測定光と参照光とへの分割が測定ヘッドで
初めて行われる場合には、測定アームは特に短くなり、
これにより同アームは望ましくない外乱に対して特に不
感となる。
初めて行われる場合には、測定アームは特に短くなり、
これにより同アームは望ましくない外乱に対して特に不
感となる。
【００２２】雑音に対する所望の不感性は測定光と参照
光とが往路だけでなく復路においても一緒に誘導されれ
ばさらに増大する。このため両者は干渉縞の変化が測定
される干渉計の検出器に向かって１本の共通の光ガイド
によって誘導されるのが好ましい。この光ガイドは冒頭
に述べた光ガイドと同一であるのが合理的であり、これ
により第１の光ガイドと結合されなければならないよう
な第２の光ガイドを不要とすることができる。測定光／
参照光はそれぞれ光ガイドの同一の端部で入出力される
が、これは検出器への誘導についても同様である。
光とが往路だけでなく復路においても一緒に誘導されれ
ばさらに増大する。このため両者は干渉縞の変化が測定
される干渉計の検出器に向かって１本の共通の光ガイド
によって誘導されるのが好ましい。この光ガイドは冒頭
に述べた光ガイドと同一であるのが合理的であり、これ
により第１の光ガイドと結合されなければならないよう
な第２の光ガイドを不要とすることができる。測定光／
参照光はそれぞれ光ガイドの同一の端部で入出力される
が、これは検出器への誘導についても同様である。
【００２３】光ガイド内での測定光と参照光に対する外
乱による影響が互いに相殺され同一なものとなるように
するため、前記ビームは光ガイドを同一の偏光で通過す
るのが好ましく、特に両者は同一直線偏光されている。
これは１本もしくは複数の光ガイドを通過する往路につ
いても復路についても同様である。
乱による影響が互いに相殺され同一なものとなるように
するため、前記ビームは光ガイドを同一の偏光で通過す
るのが好ましく、特に両者は同一直線偏光されている。
これは１本もしくは複数の光ガイドを通過する往路につ
いても復路についても同様である。
【００２４】装置は測定感度を向上させるため、ビーム
がレーザーに帰還させられることを防止し、信号出力の
一部だけでなく、信号出力の全体が検出器に誘導される
ようにするアイソレーターシステムを含んでいるのが好
ましい。同アイソレーターシステムはファラデー回転子
と偏光弁別素子、特に偏光スプリッターを含んでいる。
がレーザーに帰還させられることを防止し、信号出力の
一部だけでなく、信号出力の全体が検出器に誘導される
ようにするアイソレーターシステムを含んでいるのが好
ましい。同アイソレーターシステムはファラデー回転子
と偏光弁別素子、特に偏光スプリッターを含んでいる。
【００２５】光ガイドの使用と振動に対する同ガイドの
不感性とにより、本発明による装置は特に多重方式に優
れて適している。この場合にはそれぞれ１つの測定ヘッ
ドを有した複数の光ガイドが使用されるが、これらの光
ガイドはすべて通例よりも長くすることができ、１つも
しくは複数の測定対象のきわめて異なった個所用に布設
することが可能である。こうした場合にもレーザーと検
出器との単一の制御装置が必要とされるにすぎず、これ
によってコストを節減することができる。同制御装置は
異なった光ガイドにレーザー光を配分／入力するための
配分装置を備えているのが有意的である。
不感性とにより、本発明による装置は特に多重方式に優
れて適している。この場合にはそれぞれ１つの測定ヘッ
ドを有した複数の光ガイドが使用されるが、これらの光
ガイドはすべて通例よりも長くすることができ、１つも
しくは複数の測定対象のきわめて異なった個所用に布設
することが可能である。こうした場合にもレーザーと検
出器との単一の制御装置が必要とされるにすぎず、これ
によってコストを節減することができる。同制御装置は
異なった光ガイドにレーザー光を配分／入力するための
配分装置を備えているのが有意的である。
【００２６】前記の装置は、人体または動物体への埋め
込み片のポジショニング、特に補聴具のポジショニング
の最適化のため測定光が手術顕微鏡の光路に入力される
ことを特徴とする対象の光学的測定方法に特に適してい
る。これが生体内ポジショニング、つまり、動物体また
は人体の手術中におけるポジショニングを意味している
ことは言うまでもない。
込み片のポジショニング、特に補聴具のポジショニング
の最適化のため測定光が手術顕微鏡の光路に入力される
ことを特徴とする対象の光学的測定方法に特に適してい
る。これが生体内ポジショニング、つまり、動物体また
は人体の手術中におけるポジショニングを意味している
ことは言うまでもない。
【００２７】前記に際して冒頭に述べた本発明による非
接触式光学測定装置の長所が特に顕著となるが、それは
一般に埋め込み片に特別に金属コートを施すことができ
ず、埋め込み片のもともとの反射率が微弱であることか
ら測定装置の高感度性能に依拠せざるを得ないからであ
る。さらに最新の手術顕微鏡は手術に際して医師にでき
るかぎり広い余地を残すようにするため長いガイドアー
ムに自由可動式に懸架されていることが多い。干渉計に
よる測定に際してもこの可動性を利用し得るためには、
非常に長い光ガイドが使用されなければならないが、こ
うした長い光ガイドの震動に対する感受性は本発明によ
って取り除かれる。
接触式光学測定装置の長所が特に顕著となるが、それは
一般に埋め込み片に特別に金属コートを施すことができ
ず、埋め込み片のもともとの反射率が微弱であることか
ら測定装置の高感度性能に依拠せざるを得ないからであ
る。さらに最新の手術顕微鏡は手術に際して医師にでき
るかぎり広い余地を残すようにするため長いガイドアー
ムに自由可動式に懸架されていることが多い。干渉計に
よる測定に際してもこの可動性を利用し得るためには、
非常に長い光ガイドが使用されなければならないが、こ
うした長い光ガイドの震動に対する感受性は本発明によ
って取り除かれる。
【００２８】精密レーザーと高感度検出器とを備えた干
渉計の重厚な部分は脇に離して容易に設置することがで
きる一方で、ビームはフレキシブルな光ガイドを介して
顕微鏡の可動部に誘導されて顕微鏡の光路に入力され、
こうして医師は手術に際して埋め込み片によって反射さ
れたレーザー光の一部を測定点として識別し、これによ
って測定個所を定めることができる。
渉計の重厚な部分は脇に離して容易に設置することがで
きる一方で、ビームはフレキシブルな光ガイドを介して
顕微鏡の可動部に誘導されて顕微鏡の光路に入力され、
こうして医師は手術に際して埋め込み片によって反射さ
れたレーザー光の一部を測定点として識別し、これによ
って測定個所を定めることができる。
【００２９】この場合、レーザー光が顕微鏡のレンズ系
も通過することは必ずしも必要ではなく、簡便化のため
に顕微鏡と埋め込み片との間で顕微鏡の光路にビームを
入力することも可能である。
も通過することは必ずしも必要ではなく、簡便化のため
に顕微鏡と埋め込み片との間で顕微鏡の光路にビームを
入力することも可能である。
【００３０】本発明による方法を実施するため、精密ガ
スレーザーと光ガイドとを利用した前記装置に替えて、
超小型半導体レーザー干渉計を全面的に手術顕微鏡に取
り付けることも可能である。
スレーザーと光ガイドとを利用した前記装置に替えて、
超小型半導体レーザー干渉計を全面的に手術顕微鏡に取
り付けることも可能である。
【００３１】前記方法は機械的作用に起因した聴覚器損
傷の検査、それらの分析および、埋め込み片、活性補聴
具および聴覚器の適切なポジションの決定に特に適して
いる。これらの機能チェックは従来きわめて初歩的な形
でしか行うことができなかった。本発明による方法の実
施により今や埋め込み片は手術中に好ましくは異なった
ポジションで振動励起される。この振動は干渉計で計測
され、こうして埋め込み片の理想的な埋め込みポジショ
ンを確定することができる。
傷の検査、それらの分析および、埋め込み片、活性補聴
具および聴覚器の適切なポジションの決定に特に適して
いる。これらの機能チェックは従来きわめて初歩的な形
でしか行うことができなかった。本発明による方法の実
施により今や埋め込み片は手術中に好ましくは異なった
ポジションで振動励起される。この振動は干渉計で計測
され、こうして埋め込み片の理想的な埋め込みポジショ
ンを確定することができる。
【００３２】機能チェックをできるだけ現実的なものと
するため、振動は音響によって発生させられ、同音響は
人または動物のなお健全な聴覚器要素を経て振動として
埋め込み片に伝達される。
するため、振動は音響によって発生させられ、同音響は
人または動物のなお健全な聴覚器要素を経て振動として
埋め込み片に伝達される。
【００３３】干渉計の測定光は手術孔を通して人または
動物の頭部または体内に誘導されるのが合理的である。
動物の頭部または体内に誘導されるのが合理的である。
【００３４】冒頭に述べた装置の別途実施形態として同
装置をマイクロホンとして使用することも可能である。
非常に高品質のマイクロホンには、薄膜によって正しく
受容された振動が中継システムによって（磁気的または
容量的に）偽化されるという問題がある。しかしながら
レーザー振動計は非常に広い範囲にわたってフラットな
周波数応答を有している。本発明による装置により測定
ヘッドの構造を非常に小さくし得ることから、これを振
動センサーとしてマイクロホンに組み入れること、特
に、フレームにまで薄型化することもできるマイクロホ
ンのケーシングに組み込むことが可能である。レーザー
光は薄膜の振動を感じ取り、振動計電子回路の出力部で
非常にクリーンな信号が得られる。その長所は、音響信
号を薄膜で光学的に測定することができることから薄膜
の振動特性に影響が生じないという点にある。
装置をマイクロホンとして使用することも可能である。
非常に高品質のマイクロホンには、薄膜によって正しく
受容された振動が中継システムによって（磁気的または
容量的に）偽化されるという問題がある。しかしながら
レーザー振動計は非常に広い範囲にわたってフラットな
周波数応答を有している。本発明による装置により測定
ヘッドの構造を非常に小さくし得ることから、これを振
動センサーとしてマイクロホンに組み入れること、特
に、フレームにまで薄型化することもできるマイクロホ
ンのケーシングに組み込むことが可能である。レーザー
光は薄膜の振動を感じ取り、振動計電子回路の出力部で
非常にクリーンな信号が得られる。その長所は、音響信
号を薄膜で光学的に測定することができることから薄膜
の振動特性に影響が生じないという点にある。
【００３５】測定光を顕微鏡の光路に入力する場合に
は、薄膜振動を特に正確に計測することができる。
は、薄膜振動を特に正確に計測することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明上重要なその他の特徴およ
び長所は図面に基づく実施例の説明から判明する。
び長所は図面に基づく実施例の説明から判明する。
【００３７】図１にはレーザー１が示されており、同レ
ーザーの平行ビームは先ず最初にビームスプリッター２
を通過する。ビームスプリッター２は戻ってくる検出用
測定光/ 参照光の送出を行い、その機能については以下
においてさらに説明する。戻りビームの最適な選択的送
出を行うためビームスプリッターは後方にファラデー回
転子３と偏光子４とが配置された偏光スプリッターであ
るのが好ましい。一定の場合にあっては、戻りビームを
５０：５０―ビームスプリッターで分割することも可能
である。
ーザーの平行ビームは先ず最初にビームスプリッター２
を通過する。ビームスプリッター２は戻ってくる検出用
測定光/ 参照光の送出を行い、その機能については以下
においてさらに説明する。戻りビームの最適な選択的送
出を行うためビームスプリッターは後方にファラデー回
転子３と偏光子４とが配置された偏光スプリッターであ
るのが好ましい。一定の場合にあっては、戻りビームを
５０：５０―ビームスプリッターで分割することも可能
である。
【００３８】前記によって偏光されたレーザー光はレン
ズ系５を経て光ガイド７の入力端６に入力される。光ガ
イド７は単モード・ガラス繊維であるのが好ましい。光
ガイド７の入力端６によって反射されて戻る光は消失す
るかまたは戻ってくる測定光／参照光と望ましくない形
で重なり合うこととなる。したがって入力端６は反射さ
れて戻る光ができるだけ生じない様に処理されるのが好
ましい。
ズ系５を経て光ガイド７の入力端６に入力される。光ガ
イド７は単モード・ガラス繊維であるのが好ましい。光
ガイド７の入力端６によって反射されて戻る光は消失す
るかまたは戻ってくる測定光／参照光と望ましくない形
で重なり合うこととなる。したがって入力端６は反射さ
れて戻る光ができるだけ生じない様に処理されるのが好
ましい。
【００３９】光は図示した実施例において光ガイドの出
力端８で測定光と参照光とに分割される前に少なくとも
光ガイド７という重要な素子を通過する。
力端８で測定光と参照光とに分割される前に少なくとも
光ガイド７という重要な素子を通過する。
【００４０】ビームを分割するため光ガイド７の出力端
８は適切な割合のレーザー光を反射して光ガイド７に戻
す。この場合、反射して戻される部分が参照光として機
能する点が重要である。
８は適切な割合のレーザー光を反射して光ガイド７に戻
す。この場合、反射して戻される部分が参照光として機
能する点が重要である。
【００４１】出力端８のガラス―空気―過渡部で反射し
て戻される部分の強度は、通例、到着するレーザー光の
強度の約４％である。ただし一定の場合にあっては、参
照光の強度を高めるために出力端８に補助的なコーティ
ングを施すのが望ましい。
て戻される部分の強度は、通例、到着するレーザー光の
強度の約４％である。ただし一定の場合にあっては、参
照光の強度を高めるために出力端８に補助的なコーティ
ングを施すのが望ましい。
【００４２】出力端８で反射して戻されないかまたは吸
収された光は測定光として機能する。これは出力端８で
光ガイド７から出て、第２のレンズ系９によって平行化
されもしくはほぼ平行化され、ブラッグセルとして形成
されている周波数変位発生器１０に向けられる。
収された光は測定光として機能する。これは出力端８で
光ガイド７から出て、第２のレンズ系９によって平行化
されもしくはほぼ平行化され、ブラッグセルとして形成
されている周波数変位発生器１０に向けられる。
【００４３】測定光は周波数変位発生器１０により第３
のレンズ系１１に向かって反射され、同レンズ系は平行
測定光を点１２に集束させる。
のレンズ系１１に向かって反射され、同レンズ系は平行
測定光を点１２に集束させる。
【００４４】点１２は、たとえばカメラレンズの形の交
換式の集束対物レンズの使用を可能とするため、第４の
レンズ系１３の焦点面にあるのが好ましい。
換式の集束対物レンズの使用を可能とするため、第４の
レンズ系１３の焦点面にあるのが好ましい。
【００４５】測定光は最後に第４のレンズ系１３によっ
て測定対象１４に集束させられる。こうして出力端８か
ら測定対象１４に至るまで測定光が通過する測定アーム
はできるだけ短くされることとなる。
て測定対象１４に集束させられる。こうして出力端８か
ら測定対象１４に至るまで測定光が通過する測定アーム
はできるだけ短くされることとなる。
【００４６】測定光は測定対象１４によって反射され、
その際、ビーム方向における測定対象１４の表面の瞬時
速度に比例したドップラーシフトを受ける。反射されて
戻る測定光は往路の測定光と逆の経路を通過する。した
がって反射されて戻る測定光はレンズ系１３、１１、周
波数変位発生器１０およびレンズ系９を経て光ガイド７
の出力端８に入力される。
その際、ビーム方向における測定対象１４の表面の瞬時
速度に比例したドップラーシフトを受ける。反射されて
戻る測定光は往路の測定光と逆の経路を通過する。した
がって反射されて戻る測定光はレンズ系１３、１１、周
波数変位発生器１０およびレンズ系９を経て光ガイド７
の出力端８に入力される。
【００４７】その際重要な点は、反射されて戻る測定光
が周波数変位発生器と２回目の相互作用を行い、その際
２回目の整流された付加的な周波数変位を受けることで
ある。
が周波数変位発生器と２回目の相互作用を行い、その際
２回目の整流された付加的な周波数変位を受けることで
ある。
【００４８】図示した実施例において測定ヘッドは出力
端８、第２のレンズ系９、周波数変位発生器１０、第３
のレンズ系１１および第４のレンズ系１３を含んでい
る。したがって測定光と参照光とへの分割は測定ヘッド
で行われる。光導波路７の出力端８で分割が行われるこ
とによりさもない場合に必要とされるビームスプリッタ
ーは不要となり、相応して測定ヘッドを小型化すること
ができる。測定ヘッドの調整作業は実質的に不要であ
る。
端８、第２のレンズ系９、周波数変位発生器１０、第３
のレンズ系１１および第４のレンズ系１３を含んでい
る。したがって測定光と参照光とへの分割は測定ヘッド
で行われる。光導波路７の出力端８で分割が行われるこ
とによりさもない場合に必要とされるビームスプリッタ
ーは不要となり、相応して測定ヘッドを小型化すること
ができる。測定ヘッドの調整作業は実質的に不要であ
る。
【００４９】測定ヘッドから測定対象１４までの距離が
十分小さく且つ不変であれば、第２のレンズ系９を集束
用に使用することもできる。これにより第３と第４のレ
ンズ系１１、１３とそれに要されるコストとを省くこと
が可能である。測定光はかくて光ガイド７を通って、し
たがって参照光と同じ光路で返送される。これにより光
ガイド７は測定光／参照光の返送の点でも震動／振動に
対して不感となる。測定光／参照光は光ガイド７の入力
端６からビームスプリッター２の方向に投射される。往
路および復路の測定光／参照光の偏光面はファラデー回
転子３によって回転させられ、戻りビームが偏光ビーム
スプリッター２の適切な調整によって全面的に検出器１
５に向けられ、レーザー１に帰還することがないように
為された。
十分小さく且つ不変であれば、第２のレンズ系９を集束
用に使用することもできる。これにより第３と第４のレ
ンズ系１１、１３とそれに要されるコストとを省くこと
が可能である。測定光はかくて光ガイド７を通って、し
たがって参照光と同じ光路で返送される。これにより光
ガイド７は測定光／参照光の返送の点でも震動／振動に
対して不感となる。測定光／参照光は光ガイド７の入力
端６からビームスプリッター２の方向に投射される。往
路および復路の測定光／参照光の偏光面はファラデー回
転子３によって回転させられ、戻りビームが偏光ビーム
スプリッター２の適切な調整によって全面的に検出器１
５に向けられ、レーザー１に帰還することがないように
為された。
【００５０】高輝度のヘリウム―ネオン―レーザーを使
用する場合には、高価なファラデー回転子３と偏光子４
から成るアイソレーターシステムを使用せずに済ますこ
とができる。この場合にはビームスプリッター２は５
０：５０―ビームスプリッターに替えられる。かくて送
出ビームと返送ビームのそれぞれ５０％が消失する。
用する場合には、高価なファラデー回転子３と偏光子４
から成るアイソレーターシステムを使用せずに済ますこ
とができる。この場合にはビームスプリッター２は５
０：５０―ビームスプリッターに替えられる。かくて送
出ビームと返送ビームのそれぞれ５０％が消失する。
【００５１】測定対象１４の振動によって変化する測定
光／参照光の干渉縞は検出器１５において到着するビー
ムの輝度変調として現れる。輝度変調の周波数はブラッ
グセル１０によって発生させられた倍加された周波数変
位と測定対象１４の速度によるドップラーシフトとの和
によって与えられている。この光学信号は検出器１５に
よって電気信号に変換され、予備処理段階１６によって
濾波され、増幅される。このようにして得られた信号は
かくて復調電子回路１７により公知の方法で、測定対象
の振動速度ないし振幅を特徴づける信号に変換される。
光／参照光の干渉縞は検出器１５において到着するビー
ムの輝度変調として現れる。輝度変調の周波数はブラッ
グセル１０によって発生させられた倍加された周波数変
位と測定対象１４の速度によるドップラーシフトとの和
によって与えられている。この光学信号は検出器１５に
よって電気信号に変換され、予備処理段階１６によって
濾波され、増幅される。このようにして得られた信号は
かくて復調電子回路１７により公知の方法で、測定対象
の振動速度ないし振幅を特徴づける信号に変換される。
【００５２】図２には本発明による対象の光学的計測方
法の概要が表されている。この場合、観測者２１――こ
れは、通例、手術時の執刀医であるが――は顕微鏡懸架
装置２３に懸架されてきわめて自由に動かすことのでき
る手術顕微鏡２２を通して観察を行う。同医師はこの顕
微鏡２２を通して手術経過を観察し、その際非常に微細
な部分も正確にチェックすることができる。これは特に
頭部の手術、たとえば耳２４の手術にとって重要であ
る。鼓膜２５またはその他の中耳部分等の敏感な身体部
分はそもそもこうしてのみ成功裏に手術することができ
る。
法の概要が表されている。この場合、観測者２１――こ
れは、通例、手術時の執刀医であるが――は顕微鏡懸架
装置２３に懸架されてきわめて自由に動かすことのでき
る手術顕微鏡２２を通して観察を行う。同医師はこの顕
微鏡２２を通して手術経過を観察し、その際非常に微細
な部分も正確にチェックすることができる。これは特に
頭部の手術、たとえば耳２４の手術にとって重要であ
る。鼓膜２５またはその他の中耳部分等の敏感な身体部
分はそもそもこうしてのみ成功裏に手術することができ
る。
【００５３】この場合、レーザー干渉計の測定光が手術
顕微鏡２２の光路に入力されることが重要である。顕微
鏡を通して可視的な対象の変位測定および／または振動
測定はこれによって行うことができ、その際、顕微鏡を
通して測定点を観察し、こうして同測定点を正確にポジ
ショニングすることさえも可能である。
顕微鏡２２の光路に入力されることが重要である。顕微
鏡を通して可視的な対象の変位測定および／または振動
測定はこれによって行うことができ、その際、顕微鏡を
通して測定点を観察し、こうして同測定点を正確にポジ
ショニングすることさえも可能である。
【００５４】測定対象は埋め込み片かまたは鼓膜ないし
測定さるべきその他の身体部分である。変位測定および
／または振動測定により埋め込み片の最適な埋め込み個
所を見出すことができる。このために耳はたとえば音響
によるかまたは直接の機械的振動励起によって刺激され
る。こうして埋め込み片はそれが自ずから前もって定め
られた所望の振動振幅を示すようにしてポジショニング
される。埋め込み片の測定に替えて、鼓膜またはその他
の身体部分の振動を測定し、振動特性の変化から埋め込
み片の正しい埋め込み個所を推定することも可能であ
る。
測定さるべきその他の身体部分である。変位測定および
／または振動測定により埋め込み片の最適な埋め込み個
所を見出すことができる。このために耳はたとえば音響
によるかまたは直接の機械的振動励起によって刺激され
る。こうして埋め込み片はそれが自ずから前もって定め
られた所望の振動振幅を示すようにしてポジショニング
される。埋め込み片の測定に替えて、鼓膜またはその他
の身体部分の振動を測定し、振動特性の変化から埋め込
み片の正しい埋め込み個所を推定することも可能であ
る。
【００５５】図示した実施例において、手術顕微鏡２２
の光路への測定光の入力はビームスプリッター２６を経
て行われる。測定光は図示されていないレーザーによっ
て発生させられ、光ガイド２７を経て測定ヘッド２８に
誘導される。
の光路への測定光の入力はビームスプリッター２６を経
て行われる。測定光は図示されていないレーザーによっ
て発生させられ、光ガイド２７を経て測定ヘッド２８に
誘導される。
【００５６】測定ヘッド２８において測定光は光ガイド
２７から出て、コリメーターレンズ２９を通過してブラ
ッグセル３０に向かう。ブラッグセル３０で測定光は周
波数変位され、好ましくはさらに２つのレンズ３１、３
２を経て、ビームスプリッター２６またはミラーバーに
よって転向されて測定さるべき対象に集束させられる。
２７から出て、コリメーターレンズ２９を通過してブラ
ッグセル３０に向かう。ブラッグセル３０で測定光は周
波数変位され、好ましくはさらに２つのレンズ３１、３
２を経て、ビームスプリッター２６またはミラーバーに
よって転向されて測定さるべき対象に集束させられる。
【００５７】測定光は手術顕微鏡２２と対象２５との間
で手術顕微鏡２２の光路に入力される。このために手術
顕微鏡２２には、測定ヘッド２８とビームスプリッター
またはミラーバー２６とを保持するホールダー３３が取
り付けられている。光ガイド２７は顕微鏡懸架装置２３
に沿って布設されている。
で手術顕微鏡２２の光路に入力される。このために手術
顕微鏡２２には、測定ヘッド２８とビームスプリッター
またはミラーバー２６とを保持するホールダー３３が取
り付けられている。光ガイド２７は顕微鏡懸架装置２３
に沿って布設されている。
【００５８】図２に示した鼓膜２５への測定光の集束に
替えて、同測定光をたとえば頭部の手術孔を通して直接
に埋め込み片に集束させることも可能である。
替えて、同測定光をたとえば頭部の手術孔を通して直接
に埋め込み片に集束させることも可能である。
【００５９】
【発明の効果】本発明に基づく方法は身体部分および埋
め込み片の反射率が通常は非常にわずかであると同時に
使用される光ガイド２７が非常に長い点からして前述し
た本発明による装置で特に良好に実施することができ
る。これにより本装置と本方法は新たな手術技法を可能
とし、医療技術の点で患者の福利に大きな進歩をもたら
すものである。
め込み片の反射率が通常は非常にわずかであると同時に
使用される光ガイド２７が非常に長い点からして前述し
た本発明による装置で特に良好に実施することができ
る。これにより本装置と本方法は新たな手術技法を可能
とし、医療技術の点で患者の福利に大きな進歩をもたら
すものである。
【００６０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
【図１】非接触式光学測定装置の原理説明図
【図２】非接触式光学測定装置の使用方法の説明図
１ レーザー ７ 光ガイド ８ 出力端 １０ 周波数変位発生器 １４ 対象 １５ 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598126324 ＰＯＬＹＴＥＣＰＬＡＴＺ １‐７， Ｄ‐76337 ＷＡＬＤＢＲＯＮＮ， ＢＵ ＮＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ ＤＥＵＴＳＣ ＨＬＡＮＤ
Claims (14)
- 【請求項１】 少なくとも１本の測定光と少なくとも１
本の参照光とによるレーザー干渉計を利用した対象（１
４）の変位測定または振動測定用の、周波数変位発生器
（１０）を装備した非接触式光学測定装置において、 レーザー（１）から発する光が光ガイド（７）を通過
し、測定光と参照光とへの分割が光ガイド（７）の出力
端（８）で行われ、前記測定光または参照光が周波数変
位発生器（１０）を少なくとも２回通過し、前記ビーム
の周波数変位が増倍させられることを特徴とする非接触
式光学測定装置。 - 【請求項２】 周波数変位された前記ビームが測定光で
あることを特徴とする請求項１記載の非接触式光学測定
装置。 - 【請求項３】 前記ビームが測定対象（１４）に向かう
往路においてまず１回周波数変位発生器（１０）を通過
し、同じくその復路においてもう１回前記周波数変位発
生器を通過することを特徴とする請求項２記載の非接触
式光学測定装置。 - 【請求項４】 前記周波数変位発生器が光ガイド（７）
と測定対象（１４）との間に配置されていることを特徴
とする請求項１記載の非接触式光学測定装置。 - 【請求項５】 光ガイド（７）の出力端（８）が測定ヘ
ッド（８，９，１０，１１，１２および１３）に配置さ
れていることを特徴とする請求項１記載の非接触式光学
測定装置。 - 【請求項６】 光ガイド（７）が検出器（１５）への測
定光と参照光の共通の誘導に利用されることを特徴とす
る請求項１記載の非接触式光学測定装置。 - 【請求項７】 前記測定光と参照光が光ガイド（７）を
同じ偏光で、特に同一方向に直線偏光されて通過するこ
とを特徴とする請求項１記載の非接触式光学測定装置。 - 【請求項８】 複数の測定ヘッドが接続可能であること
を特徴とする請求項１記載の非接触式光学測定装置。 - 【請求項９】 異なった光ガイドにレーザー光を入力す
るための区分装置を有することを特徴とする請求項１記
載の非接触式光学測定装置。 - 【請求項１０】 少なくともビーム出力端がマイクロホ
ンケーシングに組み込まれ、マイクロホン薄膜の測定に
利用されることを特徴とする請求項１記載の非接触式光
学測定装置。 - 【請求項１１】 請求項１記載の非接触式光学測定装置
の使用方法において、 人体または動物体への埋め込み片、特に補聴具の機能検
査またはポジションの最適化のために測定光が手術顕微
鏡の光路に入力されることを特徴とする非接触式光学測
定装置の使用方法。 - 【請求項１２】 対象が手術中にそれぞれのポジション
で振動励起され、鼓膜または内耳道骨を経て直接に測定
されることを特徴とする請求項１１記載の非接触式光学
測定装置の使用方法。 - 【請求項１３】 測定光の入力が手術顕微鏡と対象との
間で行われることを特徴とする請求項１１記載の非接触
式光学測定装置の使用方法。 - 【請求項１４】 測定光が手術孔を通して体内に誘導さ
れることを特徴とする請求項１１記載の非接触式光学測
定装置の使用方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19801959:9 | 1998-01-21 | ||
| DE19801959A DE19801959A1 (de) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | Optischer Aufbau zur berührungslosen Schwingungsmessung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11257920A true JPH11257920A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=7855134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11012844A Pending JPH11257920A (ja) | 1998-01-21 | 1999-01-21 | 非接触式光学測定装置及びその使用方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0932050B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11257920A (ja) |
| DE (2) | DE19801959A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7557929B2 (en) | 2001-12-18 | 2009-07-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods for phase measurements |
| KR20190021892A (ko) * | 2017-08-24 | 2019-03-06 | 송광섭 | 광센서 |
Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
| DE10047495B4 (de) * | 1999-10-09 | 2005-06-09 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung |
| EP1262734A1 (de) | 2001-06-01 | 2002-12-04 | Dalhoff, Ernst Dr. | Vorrichtung zur berührungslosen Vermessung eines Messojektes, insbesondere zur Distanz- und/oder Schwingungsmessung |
| US6934035B2 (en) | 2001-12-18 | 2005-08-23 | Massachusetts Institute Of Technology | System and method for measuring optical distance |
| US7365858B2 (en) | 2001-12-18 | 2008-04-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods for phase measurements |
| DE10164604B4 (de) * | 2001-12-21 | 2004-09-16 | Grafenberg, Esfandiar, Dr.med. | Ohrstöpsel aus Mineralstein |
| DE102006003877B4 (de) * | 2005-12-09 | 2007-10-31 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Vibrometer |
| DE102006013773A1 (de) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Mikroskopsystem sowie Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe |
| DE102006049152A1 (de) | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Anordnung und Verfahren zum Detektieren eines an einem Körper angeordneten Gegenstands, insbesondere zur Durchführung einer Sicherheitskontrolle |
| DE102008017119A1 (de) | 2008-04-02 | 2009-10-08 | Polytec Gmbh | Vibrometer und Verfahren zur optischen Vermessung eines Objekts |
| DE102017202396A1 (de) | 2017-02-15 | 2018-08-16 | Wicor Holding Ag | Faseroptischer Schwingungs- und Beschleunigungssensor |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL133616C (ja) * | 1966-02-16 | |||
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