JPS58225302A - Optical type mechanical quantity measuring apparatus - Google Patents

Optical type mechanical quantity measuring apparatus

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JPS58225302A
JPS58225302A JP10872682A JP10872682A JPS58225302A JP S58225302 A JPS58225302 A JP S58225302A JP 10872682 A JP10872682 A JP 10872682A JP 10872682 A JP10872682 A JP 10872682A JP S58225302 A JPS58225302 A JP S58225302A
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light
target
mechanical quantity
measured
axis
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Yutaka Ono
裕 小野
Eiji Ogita
英治 荻田
Toshitsugu Ueda
敏嗣 植田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
Yokogawa Hokushin Electric Corp
Yokogawa Electric Works Ltd
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    • GPHYSICS
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Abstract

PURPOSE:To achieve a three-dimensional measurement by measuring a two- dimensional mechanical quantity utilizing a specle pattern while the mechanical quantity is measured in the axial direction perpendicular to the two-dimensional axis using return light from a light diffusion surface and light from the light source. CONSTITUTION:Light from the light source 1 is expanded with a light expander BX and enters a first polarized beam splitter 21 as parallel light. Here, light having one vibration component is reflected to irradiate a target 3. Light reflected on the target 3 enters an X-axis light receiver 55 and a y-axis light receiver 56 passing through a first PBS21 to create specle patterns. The two-dimensional mechanical quantity of the target 3 is measured from the specle patterns created with these light receivers 55 and 56. The second PBS22 is set turned by 45 deg. with respect to the first PBS21 and the third and fourth PBSs 23 and 24 are set turned by 45 deg. with respect to the first and second PBSs 21 and 22. Thus, the displacement in the direction Z of the target 3 is measured from outputs of light detectors 51-54 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光の干渉を利用して変位量、変位速度、振動
数等の機械量を知るようにした光学式機械量測定装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical mechanical quantity measuring device that uses optical interference to determine mechanical quantities such as displacement amount, displacement speed, and vibration frequency.

本発明の目的は、被測定物体とは非接触で、その3次元
の各種機械量を高精度で測定することのできる構造簡単
な、この種の装置を実現しようとするものである。
An object of the present invention is to realize this type of device with a simple structure that can measure various three-dimensional mechanical quantities of an object with high precision without contacting the object.

本発明に係る装置は、光源からの可干渉な光を被測定機
械量が与えられるターゲットの光拡散面に照射し、そこ
から得られるスペックルパターンを利用して2次元の機
械量を測定し、また、光拡散面からの戻り光と光源から
の光をいくつかのビームスプリッタを介して9σずつ位
相のずれた3又は4種の光信号とし、これらの光信号を
演算することによってターゲットの前記2次元の軸と直
交する軸方向の機械量を測定するようにした点に構成上
の特徴がある。
The device according to the present invention irradiates coherent light from a light source onto a light diffusing surface of a target to which a mechanical quantity to be measured is given, and measures a two-dimensional mechanical quantity using the speckle pattern obtained therefrom. In addition, the return light from the light diffusing surface and the light from the light source are converted into three or four types of optical signals with a phase shift of 9σ through several beam splitters, and by calculating these optical signals, the target can be detected. A feature of the structure is that a mechanical quantity in an axial direction perpendicular to the two-dimensional axis is measured.

第1図は本発明に係る装置の一例を示す構成説明図であ
る。図におかて、it;を光源で、例えばHeNe  
レーザ光源が使用され、ここから可干渉な光が出射され
る。11.12はレンズで、光源1から出射した光を拡
げて平行光とするビームエクスパンダBXを構成してい
る。21Fi第1の偏光ビームスパプリンタ(以下PB
Sと略す)、22は第2(7) PBS、  23#I
@、lD PBS−、24は第4のPBSで1.これら
は入射する光ビームを2方向に分割する。25は第1の
PBS21を通って入射するターゲット3からの戻り光
を2方向に分割するビームスプリッタ(以下BSと略す
)、26Vi第1のBSからの光を更に2方向に分割す
る第20BSである。第2f)PB822は、第IのP
B821に対してその光軸が45°回転させて配置され
、また、第3及び第4のPBS23及び24は、第2の
PBSに対してその先軸が45°回転させて配置されて
いる。31.32はそれぞれ焦点距離がf1+f2のレ
ンズ、33はレンズ31.32の間であって、レンズ3
1からfl、レンズ32からf2の距離に設置した絞ル
板で、これには径がdの透孔が設けられている。ターゲ
ット3は光の拡散面30を有しており、レンズ32から
・Jt(tはθ〜2f、程度が好ましい)だけ離れて設
置され、これには図示するようにπmumZ方向の3次
元の測定機械量が与えられる。41.42は光経路変更
用の固定ミラーで、第1のPBSで分割され次光源1か
らの光ビームを第2のPBS22に入射させる。なお、
この固定ミラーに代えてプリズム等を使用するようにし
てもよい。51.52゜53.54はそれぞれ光検出器
で、例えばホトトランジスタ、ホトダイオード、光電池
等が使用される。光検出器51.52は、第3のPBS
23で分割された光をそれぞれ受光し、また、光検出器
53.54は第4のPBS24で分割された光を受光す
る。55は第2のB526で分割された一方の光を受光
するX軸受光器、56は他方の光を受光するV軸受光器
で、これらは多数個の受光素子をプレイ状に配列して構
成されるCODなどのイメージセンナが使用される。な
お、各受光素子の配列方向は互いに直交するように設置
されている。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing an example of a device according to the present invention. In the figure, it; is a light source, for example, HeNe.
A laser light source is used, from which coherent light is emitted. Lenses 11 and 12 constitute a beam expander BX that expands the light emitted from the light source 1 into parallel light. 21Fi first polarized beam spa printer (PB
(abbreviated as S), 22 is the 2nd (7) PBS, 23#I
@, 1D PBS-, 24 is 1. in the 4th PBS. These split the incoming light beam into two directions. 25 is a beam splitter (hereinafter abbreviated as BS) that splits the return light from the target 3 entering through the first PBS 21 into two directions, 26Vi is a 20th BS that splits the light from the first BS further into two directions. be. 2f) PB 822 is the I-th P
The optical axes of the third and fourth PBSs 23 and 24 are arranged with their optical axes rotated by 45° relative to the second PBS. 31 and 32 are lenses each having a focal length of f1+f2, and 33 is between lenses 31 and 32;
The aperture plate is installed at a distance fl from 1 and f2 from the lens 32, and is provided with a through hole having a diameter d. The target 3 has a light diffusing surface 30, and is set away from the lens 32 by Jt (t is preferably θ to 2f), and includes three-dimensional measurement in the πmumZ direction as shown in the figure. A mechanical quantity is given. Reference numerals 41 and 42 are fixed mirrors for changing the optical path, which make the light beam split by the first PBS and then incident on the second PBS 22 from the light source 1. In addition,
A prism or the like may be used instead of this fixed mirror. 51.52° and 53.54 are photodetectors, for example, phototransistors, photodiodes, photovoltaic cells, etc. are used. Photodetector 51.52 is a third PBS
The photodetectors 53 and 54 receive the light divided by the fourth PBS 24, respectively. 55 is an X-axis light receiver that receives one of the lights divided by the second B526, and 56 is a V-axis light receiver that receives the other light, which are constructed by arranging a large number of light-receiving elements in a play shape. An image sensor such as COD is used. Note that the arrangement directions of the respective light receiving elements are arranged so as to be orthogonal to each other.

611mレンズ32とターゲット3との間に設置し九λ
/4板、62は第1のPB821とミラー41との間に
設置したλ/4 板である。
Installed between the 611m lens 32 and the target 3
The /4 plate 62 is a λ/4 plate installed between the first PB 821 and the mirror 41.

第2図は第1図装置において、電気的な回路を示す構成
ブロック図である。この図において、71は光検出器5
1と光検出器52との出力信号の差を得る差演算回路、
72は光検出器53と光検出器54との出力信号の差を
得る差演算回路、81゜82.83.84はそれぞれミ
キサ、50は例えばCODで構成されたイメージセンサ
55.56を駆動するクロック発振器で、周波数fcの
クロック信号を出力している。73はミキサ81.82
tl−介して印加される各差演算回路71.72からの
信号を加算する加X器、85.86はそれぞれ対応する
ミキサからの出力信号のなかの特定な周波数信号を通過
させるローパスフィルタ、91.92.93゜94はカ
ウンタ、90は各カウンタからの計数信号を入力する演
算回路で、この演算回路としては、例えばマイクロプロ
セッサが使用される。、95は表示装置で、例えばCR
Tが使用され、演算回路90での演算結果を表示する。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical circuit in the apparatus shown in FIG. In this figure, 71 is the photodetector 5
a difference calculation circuit that obtains the difference between the output signals of 1 and the photodetector 52;
72 is a difference calculation circuit that obtains the difference between the output signals of the photodetector 53 and the photodetector 54; 81, 82, 83, and 84 are mixers, respectively; and 50 drives an image sensor 55, 56 composed of, for example, a COD. A clock oscillator outputs a clock signal of frequency fc. 73 is mixer 81.82
tl-X adder that adds the signals from each difference calculation circuit 71 and 72 applied through tl; .92.93.94 is a counter, and 90 is an arithmetic circuit into which count signals from each counter are input. As this arithmetic circuit, for example, a microprocessor is used. , 95 is a display device, for example CR
T is used to display the calculation result in the calculation circuit 90.

このように構成した装置の動作は次の通りである。光源
1から出射された波長λの光は、ビームエクスパンダB
Xで拡げられ、平行光となって第1のPBS21に入射
する。ここで、入射光線と入射面にたてた法線が作る入
射面に垂直方向に振動する光成分(S波]はここで反射
し、レンズ31、絞υ板33の透孔、レンズ32及びλ
/4板6板管1て、ターゲット3の拡散面30に平行光
となって照射される。ターゲット3の拡散面30に照射
された平行光は、この拡散面の凹凸によってランダムな
位相変調を受けて反射し、この反射光は再びλ/4板6
1.し/ズ32.絞シ板33の透孔、レンズ31を通っ
て戻り、B1のPBS21に入射する。ここで、レンズ
31 、 絞り板33、レンズ32は、スペックルの純
移動状態を実現しこζを通過する光の空間周波数を下げ
るローパスフィルタとして機能するものである。第1の
PBS21に再入射する光は入射面に対して、振動方向
が平行な光成分(P波)となっており、第1のPBS2
1を通過する。ここを通過したターゲット3の拡散面3
0からの戻り光は、第1のB525で2つに分かれ、一
方は第2のPBS22に入射し、他方は第2のBS 2
6で更に2つに分かれ、X軸受光器55及びV軸受光器
56にそれぞれ入射する。そして、これらの受光面にス
ペックルパターンをつくる。
The operation of the device configured as described above is as follows. The light with wavelength λ emitted from light source 1 is transmitted to beam expander B.
The light is expanded by X, becomes parallel light, and enters the first PBS 21. Here, the light component (S wave) that vibrates in the direction perpendicular to the incident plane created by the incident light ray and the normal line to the incident plane is reflected here, and is reflected by the lens 31, the aperture of the aperture plate 33, λ
The 6/4 plate tube 1 irradiates the diffusing surface 30 of the target 3 with parallel light. The parallel light irradiated onto the diffusing surface 30 of the target 3 undergoes random phase modulation due to the unevenness of this diffusing surface and is reflected, and this reflected light is reflected again by the λ/4 plate 6.
1. S/Z32. The light returns through the through hole of the aperture plate 33 and the lens 31, and enters the PBS 21 of B1. Here, the lens 31, the aperture plate 33, and the lens 32 function as a low-pass filter that realizes a state of pure movement of speckles and lowers the spatial frequency of light passing through ζ. The light re-entering the first PBS 21 is a light component (P wave) whose vibration direction is parallel to the incident surface, and the light re-enters the first PBS 21.
Pass through 1. Diffusion surface 3 of target 3 that passed here
The return light from 0 is split into two by the first B525, one enters the second PBS22, and the other enters the second BS22.
The light is further divided into two at 6, and enters an X-axis light receiver 55 and a V-axis light receiver 56, respectively. A speckle pattern is then created on these light-receiving surfaces.

第3図は、2軸受光器55及びV軸受光器56上に得ら
れるスペックルパターンの一例を示す図である。この図
において、スペックルパターンは、ターゲット3が矢印
X方向に移動し念ときは、2軸方向に移動し、ターゲッ
ト4が矢印ν方向に移動したときは、V軸方向に移動す
る。X軸受光器55は、この受光面に照射された第3図
に示すようなスペックルパターンの2軸方向変位を把え
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a speckle pattern obtained on the two-axis light receiver 55 and the V-axis light receiver 56. In this figure, the speckle pattern moves in two axes when the target 3 moves in the direction of the arrow X, and moves in the V-axis direction when the target 4 moves in the direction of the arrow ν. The X-axis light receiver 55 detects the biaxial displacement of the speckle pattern shown in FIG. 3 irradiated onto the light receiving surface.

また、V軸受光器56はこの受光面に照射された第3図
に示すようなスペックルパターンのV軸方向変位を把え
る。
Further, the V-axis light receiver 56 detects the displacement in the V-axis direction of the speckle pattern as shown in FIG. 3 irradiated onto this light-receiving surface.

ここで、レンズ31.32の距離がf、+f2であるこ
とと、ターゲット3に平面波が照射されるようにすれば
、所曲純移動状態となり、この状態では、各受光器55
.56の受光面に得られるスペックルパターンの、平均
的スペックル径は、(f、λ)/(πd)で与えられる
。したがって、レンズ31から各受光器55.56まで
の距離や、−レンズ32とターゲット3との間の距離t
は、純移動状態とスペックル径には無関係となる。
Here, if the distances of the lenses 31 and 32 are f and +f2 and the target 3 is irradiated with a plane wave, a state of pure movement will be obtained, and in this state, each light receiver 55
.. The average speckle diameter of the speckle pattern obtained on the light receiving surface of 56 is given by (f, λ)/(πd). Therefore, the distance from the lens 31 to each light receiver 55,56, and the distance t between the lens 32 and the target 3
is unrelated to the pure movement state and the speckle diameter.

各受光器55.56は、一端にクロック発振器50から
周波数fcのクロック信号が印加されて駆動されており
、各受光器55.56からf。−foハ(ただしNは受
光器55.56のビット数〕を基本周波数とする周波数
信号f□、f1.が出力される。
Each of the light receivers 55, 56 is driven by a clock signal having a frequency fc applied from the clock oscillator 50 to one end thereof. Frequency signals f□, f1. whose fundamental frequency is -fo (where N is the number of bits of the photoreceiver 55.56) are output.

第4図は、各受光器55.56から得られる周波数信号
f、I f、の周波数スペクトルを示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the frequency spectra of frequency signals f and If obtained from each light receiver 55 and 56.

この信号のパワースペクトルは、基本周波数f。の整数
倍の点でピークがあり、かつそのピークは、各受光器の
食中の1/(整数)と、干渉稿の間隔が等しいところが
一番大きくな、す、ターゲット4の移動とともに、移動
する0例えば、ターゲット4が2方向にXだけ移動すれ
ば、受光器71からの周波数信号f2の例えばm次高調
波に相当するピークPmは、その移動速度dX/dtに
比例した41mgだけ周波数シフトする。同じように、
ターゲット4がV方向にYだけ移動すれば、受光器72
からの周波数信号らのm次高調波に相当するピークPm
 Fi、その移動速度dY/dtに比例したΔfmvだ
け周波数シフトする。
The power spectrum of this signal has a fundamental frequency f. There is a peak at a point that is an integer multiple of For example, if the target 4 moves by X in two directions, the peak Pm corresponding to the m-th harmonic of the frequency signal f2 from the light receiver 71 will have a frequency shift of 41 mg, which is proportional to the moving speed dX/dt. do. In the same way,
If the target 4 moves by Y in the V direction, the light receiver 72
The peak Pm corresponding to the m-th harmonic of the frequency signals from
Fi, the frequency is shifted by Δfmv proportional to its moving speed dY/dt.

第2図において、ミキサ83.84は、各受光器から出
力されるm[高調波Pmと、その近傍周波数fRとをミ
キ、シメグ、すなわちヘテロダイン検波し、各出力をロ
ーパスフィルタ85.86を介することによって、その
出力項に次式に示すような周波数信号f。rye f(
Iyをそれぞれ得る。
In FIG. 2, mixers 83 and 84 perform mixing and smegging, that is, heterodyne detection, of m[harmonics Pm and their neighboring frequencies fR outputted from each light receiver, and pass each output through low-pass filters 85 and 86. As a result, the output term contains a frequency signal f as shown in the following equation. rye f(
Obtain Iy respectively.

fo、−mf、−1n±Δfme f 6 y −m fOl−fB±Δfmi/各カウン
タ93.94は、これらの周波数信号をそれぞれ計数す
る。演算回路90は、各カウンタ93.94からの信号
f。、If、、を入力し、所定の演算、例えば積分演算
することによって、ターゲット3の各矢印ZeV方向の
変位量X、Yを知ることができる。またIf  If 
 は、ターゲラml/@    my ト3の移動方向に応じて、正、負に極性が変ることから
、移動方向の判別も同時にできる。
fo, -mf, -1n±Δfme f 6 y −m fOl−fB±Δfmi/Each counter 93.94 counts these frequency signals, respectively. The arithmetic circuit 90 receives the signal f from each counter 93,94. , If, , and performs a predetermined calculation, for example, an integral calculation, the displacement amounts X and Y of the target 3 in the directions of the arrows ZeV can be determined. Also If If
Since the polarity of ml/@my changes from positive to negative depending on the direction of movement of target 3, the direction of movement can be determined at the same time.

第1図に戻り、第1のPB821を通った光源1からの
光は、λ/4 板62.ミラー41.42を通って第2
のPBS22に入射し参照光となる。
Returning to FIG. 1, the light from the light source 1 that has passed through the first PB 821 is transmitted through the λ/4 plate 62. 2nd through mirror 41.42
The light enters the PBS 22 and becomes a reference light.

tた、第2のPBS22には、第1のBSを介してター
ゲット3からの戻り光が入射している。
Furthermore, the return light from the target 3 is incident on the second PBS 22 via the first BS.

ここで、参照光の電界をER(EHsinωt+EHc
oaa+t ) +ターゲット30反射面30からの戻
り光をETsin(a+t+9i’)  とすれば、第
3のPB823に入射する光の電界のベクトル図は、第
5図(イ)の実線に示す通りとなり、また、第4のP8
824に入射する光の電界のベクトル図は、第5図(ロ
)の実線に示す通りとなる。ただし、ωは光の角周波数
、ψld2π/λ・2で、λは波長、2はターゲット3
の光軸方向変位量である。
Here, the electric field of the reference light is ER(EHsinωt+EHc
oaa+t)+target 30If the return light from the reflecting surface 30 is ETsin(a+t+9i'), the vector diagram of the electric field of the light incident on the third PB823 is as shown by the solid line in FIG. 5(A), Also, the fourth P8
The vector diagram of the electric field of the light incident on 824 is as shown by the solid line in FIG. 5(b). However, ω is the angular frequency of light, ψld2π/λ・2, λ is the wavelength, and 2 is the target 3
is the amount of displacement in the optical axis direction.

ターゲット3からの戻り光は、第2のPBS22が、第
1のPBS21に対して45°回転して設置しであるの
で、電界は、 ” ・5ln(a+t+ψ)   トナb。更に、W[ 第2のPBS 22に対してそれぞれ45°回転する第
3.第4のPB823.24を通って、各光検出器51
.52.53.54  に入射する光の電界は、それぞ
れ第5図(イ)、(ロ)の破線に示す通シとなる。
Since the second PBS 22 is rotated by 45 degrees with respect to the first PBS 21, the electric field of the return light from the target 3 is ``・5ln(a+t+ψ) Toner b. Each photodetector 51
.. The electric field of the light incident on 52, 53, and 54 becomes as shown by the broken lines in FIGS. 5(a) and 5(b), respectively.

したがって、各光検出器51〜54で検出される光パワ
ーをPD、〜PD4とすれば、これらは(1)〜(4)
式でそれぞれ表わすことができる。
Therefore, if the optical power detected by each photodetector 51 to 54 is PD, to PD4, these are (1) to (4).
Each can be expressed by the formula.

とおくと、(1)〜(4)式はそれぞれ90°ずつ位相
のずれ之(5)〜(8)式で表わされる信号となる。
Then, equations (1) to (4) become signals expressed by equations (5) to (8), each with a phase shift of 90°.

PD、 = A + B cos tp      =
 (51PD2= A −B cos ψ−=・(61
P Ds = A  B s in ψ”・”・・(7
)PD4 = A + B sln 9)      
−・・・・・(8)第2図に示す回路において、差演算
回路71は光検出器51.52からの(5)式、(6)
式で表わされる各信号を入力し、両信号の差を演算する
ことによ$つでその出力端に、2Bcosψ なる信号
を出力する。同じように、差演算回路72は、(7)式
、(8)式で表わされる各信号を入力し、両信号の差を
演算することによってその出力端に、−2Bsinψな
る信号を出力する。加算回路73は、それぞれミキサ8
1.82を通って印加される各信号を加算することによ
って、その出力端に、2Bsin(ωat−ψ)なる周
波数信号を得る。ここでωCは、ミキサ81、82°に
印加する中ヤリア信号のキャリア周波数を示す。カウン
タ91は、加算回路73からの周波数信号を計数し、ま
た、カウンタ92FiΦヤリア信号の周波数を計数する
。演算回路90は、各カウンタ91.,92からの計数
値の差を演算することによって、ターゲット3の矢印2
方向の変位量に対応する位相量ψ= に、:Z  を求
めることができる。
PD, = A + B cos tp =
(51PD2= A −B cos ψ−=・(61
P Ds = A B s in ψ"・"...(7
) PD4 = A + B sln 9)
-...(8) In the circuit shown in FIG.
By inputting each signal expressed by the formula and calculating the difference between the two signals, a signal of 2B cos ψ is outputted at the output terminal. Similarly, the difference calculation circuit 72 receives the signals expressed by equations (7) and (8), calculates the difference between the two signals, and outputs a signal -2Bsinψ at its output terminal. The adder circuits 73 each have a mixer 8
By adding each signal applied through 1.82, a frequency signal of 2Bsin(ωat-ψ) is obtained at its output. Here, ωC indicates the carrier frequency of the intermediate signal applied to the mixers 81 and 82°. The counter 91 counts the frequency signal from the adder circuit 73, and also counts the frequency of the counter 92 FiΦ signal. The arithmetic circuit 90 includes each counter 91 . , 92, arrow 2 of target 3 is calculated.
The phase amount ψ= corresponding to the amount of displacement in the direction can be determined as :Z.

なお、各光検出器51〜54からの出力信号の演算処理
回路としては、第2図のブロック図以外の他の回路を用
いて屯よい。
Note that as the arithmetic processing circuit for the output signals from each of the photodetectors 51 to 54, a circuit other than the one shown in the block diagram of FIG. 2 may be used.

また、第2図において、光検出器52を省略して3個の
光検出器とし、この部分の回路として、第6図に示すよ
うな演算処理回路を用いるようにしてもよい。
Furthermore, in FIG. 2, the photodetector 52 may be omitted to provide three photodetectors, and an arithmetic processing circuit as shown in FIG. 6 may be used as the circuit for this portion.

すなわち、第6図において第2図と異なる点は、光検出
器51.53からの(5)式、(7)式で表わされる信
号の差を演算することによってVTBsln(ψ+π/
4)なる信号を得、また、光検出器51.54からの(
5)式、(8)式で表わされる信号の差を演算すること
によって−vT B 51n(ψ−π/4)なる信号を
得るようにし、位相差量ψを演算するようにしたもので
ある。
That is, the difference between FIG. 6 and FIG. 2 is that VTBsln(ψ+π/
4) and also obtain the signal (
By calculating the difference between the signals expressed by equations 5) and (8), a signal of -vT B 51n (ψ-π/4) is obtained, and the amount of phase difference ψ is calculated. .

なお、上記の実施例において、ターゲット3の拡散面3
0に、再帰性反射物を貼布するようにし、検出感度を増
大させるようにしてもよい。また、ここでは、受光器5
5.56として、CCDのようなイメージセンサを用い
ることを想定したが、これらに空間フィルタを組合せた
ようなパターン検出器を用いてもよい、また、ここでは
ターゲット3のMelee方向の変位量や移動速度を測
定する場合を説明したが、ターゲット3の振動数や回、
転数あるいは形状変化等、各種の3次元の機械量を測定
することができる。
In addition, in the above embodiment, the diffusion surface 3 of the target 3
0, a retroreflective material may be applied to increase the detection sensitivity. In addition, here, the light receiver 5
5.56, it is assumed that an image sensor such as a CCD is used, but a pattern detector such as a combination of these and a spatial filter may also be used. Although we have explained the case of measuring the moving speed, the frequency and rotation of target 3,
It is possible to measure various three-dimensional mechanical quantities such as the number of rotations or changes in shape.

以上説明したように、本発明に係る装置によれば、被測
定機械量が与えられるターゲットとは非接触で、このタ
ーゲットの3次元の変位量など各種機械量を高分解能で
測定することができる。
As explained above, according to the device according to the present invention, various mechanical quantities such as three-dimensional displacement of the target can be measured with high resolution without contacting the target to which the mechanical quantity to be measured is given. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る装置の一例を示す構成説明図、第
2図は電気的な回路を示す構成ブロック図、第3図は2
軸受光器(V軸受光器)の受光面につくられるスペック
ルパターンの一例を示す説明図、第4図はx軸受光器(
y軸受光器〕から得られる信号の周波数スペクトルを示
す説明図、第5図秩第3.第4のPBSに入射する光及
び各光検出器に入射する光の電界を示す説明図、第6図
は電気回路の他の一例を示す要部構成ブロック図である
。 1・・・光源、21〜24・・・偏光ビームスプリッタ
、11.12.31.32・・・ レンズ、33・・・
絞り板、3・・・ターゲット、30・・・拡散面、41
.42・・・ミラー、51〜54・・・光検出器、55
.56・・・受光器、61.62・・・λ/4板
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing an example of a device according to the present invention, FIG. 2 is a configuration block diagram showing an electrical circuit, and FIG.
An explanatory diagram showing an example of a speckle pattern created on the light-receiving surface of an axial receiver (V-axis receiver), FIG.
An explanatory diagram showing the frequency spectrum of the signal obtained from the y-axis optical receiver], Figure 5, Chichi No. 3. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the electric fields of light incident on the fourth PBS and light incident on each photodetector, and FIG. 6 is a block diagram showing the main part configuration of another example of the electric circuit. 1... Light source, 21-24... Polarizing beam splitter, 11.12.31.32... Lens, 33...
Aperture plate, 3... Target, 30... Diffusion surface, 41
.. 42...Mirror, 51-54...Photodetector, 55
.. 56... Light receiver, 61.62... λ/4 plate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  光源からの可干渉な光を第1の偏光ビームス
プリッタ及びλ/4(λは波長)板を介して被測定機械
量が与えられるターゲットの拡散面に照射し1.そこか
らの戻り光がつくるパターンの移動を検出して前記ター
ゲットの2次元方向の機械1it−それぞれ測定すると
ともに、前記戻り光と前記tIc1の偏光ビームスプリ
ッタで分割され次光源からの参照光とをそれぞれ2以上
の偏光ビームスプリッタを介して互いに90°ずつ位相
のずれ比3又は4種の光信号とし、これらの光信号に関
連した信号を差演算を含む所定の演算を行なうことによ
って位相差量(ψ)を求め、これから前記ターゲットの
前記2次元の軸と直交する軸方向の機械量を測定するよ
うにした光学式機械量測定装置。
(1) Irradiate coherent light from a light source through a first polarizing beam splitter and a λ/4 (λ is wavelength) plate onto the diffusing surface of the target to which the mechanical quantity to be measured is applied.1. The movement of the pattern created by the returned light is detected and measured in each of the two-dimensional directions of the target, and the returned light and the reference light from the next light source, which is split by the polarizing beam splitter of the tIc1, are The amount of phase difference is determined by generating optical signals with a phase shift ratio of 3 or 4, each with a phase shift of 90°, through two or more polarizing beam splitters, and performing predetermined calculations including difference calculations on signals related to these optical signals. (ψ), and from this, a mechanical quantity in an axial direction perpendicular to the two-dimensional axis of the target is measured.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01209431A (en) * 1988-02-17 1989-08-23 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> Optical reception system for polarization diversity
JP2010151572A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Ojima Shisaku Kenkyusho:Kk Polarization splitting section of polarization-split interferometer, the polarization-split interferometer, and polarization-split interferometer type length measuring device

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JP2010151572A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Ojima Shisaku Kenkyusho:Kk Polarization splitting section of polarization-split interferometer, the polarization-split interferometer, and polarization-split interferometer type length measuring device

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