JPS60227102A - 三次元動的変位計測装置 - Google Patents
三次元動的変位計測装置Info
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- JPS60227102A JPS60227102A JP8173784A JP8173784A JPS60227102A JP S60227102 A JPS60227102 A JP S60227102A JP 8173784 A JP8173784 A JP 8173784A JP 8173784 A JP8173784 A JP 8173784A JP S60227102 A JPS60227102 A JP S60227102A
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- Japan
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- optical system
- optical
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は磁気ディスク装置および光デイスク装置に用い
られる動的変位計測装置、特にパルスレーザホログラフ
ィによる三次元動的変位計測装置に関するものである。
られる動的変位計測装置、特にパルスレーザホログラフ
ィによる三次元動的変位計測装置に関するものである。
従来のホログラフィ干渉による三次元変位計測装置にお
ける光学系の配置は第１図に示すとおりである。同図に
おいて、１は被測定物体、２はレーザ光源、３ａ〜３Ｃ
１８は第１ないし第４ハーフミラ−，４ａ、４ｂはミラ
ー、５Ａ１，５Ａ２゜５Ｂ、、５Ｂ２ｔ ５Ｃ，−５Ｇ
３．７ａ、７ｂはレンズ、６Ａ〜６Ｃは結像レンズ、９
〜１１はホログラムである。
ける光学系の配置は第１図に示すとおりである。同図に
おいて、１は被測定物体、２はレーザ光源、３ａ〜３Ｃ
１８は第１ないし第４ハーフミラ−，４ａ、４ｂはミラ
ー、５Ａ１，５Ａ２゜５Ｂ、、５Ｂ２ｔ ５Ｃ，−５Ｇ
３．７ａ、７ｂはレンズ、６Ａ〜６Ｃは結像レンズ、９
〜１１はホログラムである。
一般にホログラフィ干渉法により三゛次元変位を決定す
るためには、独立な三つの照明、観測光学系に関する干
渉縞情報が必要である。ｘ、ｙ、ｚは互に直交する座標
軸で、被測定物体１の表面はＸ、Ｙ軸の形成する平面上
にある。
るためには、独立な三つの照明、観測光学系に関する干
渉縞情報が必要である。ｘ、ｙ、ｚは互に直交する座標
軸で、被測定物体１の表面はＸ、Ｙ軸の形成する平面上
にある。
上記のような光学系では、レーザ光源２から発光される
ビーム１２は、第１ハーフミラ−３ａにより分光される
。この分光された一方の分光ビーム１２ａはミラー４ａ
で反射され、さらにレンズ７ａにより適当に拡大されて
、Ｘ２面内に配置されたホログラム１０の参照光となる
。他方の分光ビーム１２ｂは第２ハーフミラ３ｂにより
分光され、この分光された反射ビーム１２ｂ２はレンズ
７ｂにより拡大されて、７７面内に配置されたホログラ
ム１１の参照光となる。一方の透過光１．２ｂ、は第３
ハーフミラ３ｃにより分光され、この分光された反射ビ
ーム１２ｂ４はレンズ５ｃ。
ビーム１２は、第１ハーフミラ−３ａにより分光される
。この分光された一方の分光ビーム１２ａはミラー４ａ
で反射され、さらにレンズ７ａにより適当に拡大されて
、Ｘ２面内に配置されたホログラム１０の参照光となる
。他方の分光ビーム１２ｂは第２ハーフミラ３ｂにより
分光され、この分光された反射ビーム１２ｂ２はレンズ
７ｂにより拡大されて、７７面内に配置されたホログラ
ム１１の参照光となる。一方の透過光１．２ｂ、は第３
ハーフミラ３ｃにより分光され、この分光された反射ビ
ーム１２ｂ４はレンズ５ｃ。
により拡大されて平行光波となり、この平行光波はＺ軸
上に配置されたハーフミラ８により反射されて被測定物
体１を照射する。一方、第３ハーフミラ３ｃを透過した
ビーム１２ｂ３はミラ４ｂで反射され、さらにレンズ７
ｃで拡大されてＺ軸上に配置されたホログラム９の参照
光となる。
上に配置されたハーフミラ８により反射されて被測定物
体１を照射する。一方、第３ハーフミラ３ｃを透過した
ビーム１２ｂ３はミラ４ｂで反射され、さらにレンズ７
ｃで拡大されてＺ軸上に配置されたホログラム９の参照
光となる。
一般に三次元変位の定量解析を行う場合には、テレセン
トリック観測光学系を構成するために、各観測方向にレ
ンズ５Ａ、、５Ａ、； ５Ｂ、。
トリック観測光学系を構成するために、各観測方向にレ
ンズ５Ａ、、５Ａ、； ５Ｂ、。
５Ｂ２ ； ５Ｃ１，５Ｇ２をそれぞれ配置し、さらに
イメージホログラムとするために結像レンズ６Ａ〜６Ｃ
を配置しなければならない。また、独立した三方向に関
する三つのホログラムを作製するには、被測定物体１の
表面と物体光を導く三つのレンズ群５Ａ、、５Ａ、２，
６Ａ； ５Ｂ、、５Ｂ、。
イメージホログラムとするために結像レンズ６Ａ〜６Ｃ
を配置しなければならない。また、独立した三方向に関
する三つのホログラムを作製するには、被測定物体１の
表面と物体光を導く三つのレンズ群５Ａ、、５Ａ、２，
６Ａ； ５Ｂ、、５Ｂ、。
６Ｂ ｉ ５Ｃｊ 、 ５Ｃ，，６Ｃの各延長線上にホ
ログラム用乾板（図示せず）を配置しなければならない
ので、光学系配置は立体的となるから相当に複雑となる
恐れがある。
ログラム用乾板（図示せず）を配置しなければならない
ので、光学系配置は立体的となるから相当に複雑となる
恐れがある。
本発明は上記にかんがみ光学系を簡単に、かつコンパク
ト化すると共に、三次元変位解析を高精度に行うことが
できる三次元動的変位計測装置を提供することを目的と
するものである。
ト化すると共に、三次元変位解析を高精度に行うことが
できる三次元動的変位計測装置を提供することを目的と
するものである。
本発明は上記目的を達成するために、三次元変位を計測
するホログラフィ干渉装置において、ライトガイドある
いはイメージガイドとして光ファイバ束を導入した光学
系を構成すると共に、パルスレーザを光源として高速運
動物体の動的モードを測定するように構成したことを特
徴とするものである。
するホログラフィ干渉装置において、ライトガイドある
いはイメージガイドとして光ファイバ束を導入した光学
系を構成すると共に、パルスレーザを光源として高速運
動物体の動的モードを測定するように構成したことを特
徴とするものである。
以下、本発明の一実施例を図面について説明する。
第２図において、ｘｙｚは互に直交するように設けられ
、三次元を形成する座ＬＭ １１１ｍ１ｔ で、そのＸ
。
、三次元を形成する座ＬＭ １１１ｍ１ｔ で、そのＸ
。
ｙ座標軸で形成される面内に、被ａｌｌｌ定物体１の任
意表面が設けられている。
意表面が設けられている。
パルスレーザ光源２から発光されるビーム１２は、第１
ハーフミラ３Ａにより透過ビー１ｚ １２ ａと反射ビ
ーム１２ｂに分光される。その透過ビーム１２ａはコリ
メートレンズ筒４により平行光波１２ａ、 となり、こ
の平行光波１２ａ１はハーフミラ５で反射されて、被測
定物体１の表面を照明する。
ハーフミラ３Ａにより透過ビー１ｚ １２ ａと反射ビ
ーム１２ｂに分光される。その透過ビーム１２ａはコリ
メートレンズ筒４により平行光波１２ａ、 となり、こ
の平行光波１２ａ１はハーフミラ５で反射されて、被測
定物体１の表面を照明する。
前記反射ビーｔ％ １．２ ｂは第２ハーフミラ３Ｂに
より透過ビーム１２ｂ、と反射ビーム１２ｂ２に分光さ
れる。この反射ビーム１２ｂ２は参照光ガイドファイバ
光学系６Ａで導かれ、適当に拡大さ＼７ れてｙｚ面内の観測ボログラム１１の参照光となる。前
記透過ビーム１２ｂ、は次の第３ハーフミラ３ｃにより
、さらに透過ビーｔ、 １２ ｂ３と反射ビーム１３ｂ
４に分光される。この反射ビーム１３ｂ４は参照光ガイ
ドファイバ光学系６Ｂを経てｘ、 ｙ面内の観測ホログ
ラム１０の参照光となる。
より透過ビーム１２ｂ、と反射ビーム１２ｂ２に分光さ
れる。この反射ビーム１２ｂ２は参照光ガイドファイバ
光学系６Ａで導かれ、適当に拡大さ＼７ れてｙｚ面内の観測ボログラム１１の参照光となる。前
記透過ビーム１２ｂ、は次の第３ハーフミラ３ｃにより
、さらに透過ビーｔ、 １２ ｂ３と反射ビーム１３ｂ
４に分光される。この反射ビーム１３ｂ４は参照光ガイ
ドファイバ光学系６Ｂを経てｘ、 ｙ面内の観測ホログ
ラム１０の参照光となる。
一方の透過ビーム１２ｂ３は参照光ガイドファイバ光学
系６ｃを経てＺ軸上の観測ホログラム９の参照光となる
。
系６ｃを経てＺ軸上の観測ホログラム９の参照光となる
。
上記のようにホログラフィ干渉により三次元変位を解析
するためには、独立な三方向に関する観測ホログラム９
〜１１が必要である。これらの各ホログラム９〜１１に
導かれる物体光は、テレセントリック光学筒７Ｃ〜７Ａ
にそれぞれ入光される。これらの光学筒７Ｃ〜７Ａに設
けられた結像レンズにより、物体光用イメージガイドフ
ァイバ光学系８Ｃ〜８Ａの入光端面」二に、被測定物体
１の表面像がそれぞれ結像されて出光端面に伝送される
。
するためには、独立な三方向に関する観測ホログラム９
〜１１が必要である。これらの各ホログラム９〜１１に
導かれる物体光は、テレセントリック光学筒７Ｃ〜７Ａ
にそれぞれ入光される。これらの光学筒７Ｃ〜７Ａに設
けられた結像レンズにより、物体光用イメージガイドフ
ァイバ光学系８Ｃ〜８Ａの入光端面」二に、被測定物体
１の表面像がそれぞれ結像されて出光端面に伝送される
。
上記ファイバ光学系８Ｃ〜８Ａの出光端面像をそれぞれ
別途に設けた結像レンズ（図示せず）により、ホログラ
ム９〜１１上にそれぞれ結像させる。前記ホログラム９
〜１１の面に、前記各ファイバ光学系８０−・８Δを介
し・て物体光を入光させると同時に、前記各ファイバ光
学系６０〜６Ａを介して参照光を入光させることにより
、イメージプレーンホログラ１１が作製される。パルス
レーザ光源２から発光されるパルス光１２による二重露
光ホログラムにより、動的な二つの瞬時像が記録される
。
別途に設けた結像レンズ（図示せず）により、ホログラ
ム９〜１１上にそれぞれ結像させる。前記ホログラム９
〜１１の面に、前記各ファイバ光学系８０−・８Δを介
し・て物体光を入光させると同時に、前記各ファイバ光
学系６０〜６Ａを介して参照光を入光させることにより
、イメージプレーンホログラ１１が作製される。パルス
レーザ光源２から発光されるパルス光１２による二重露
光ホログラムにより、動的な二つの瞬時像が記録される
。
次に現像定着処理を施したホログラムをそれぞれ原ａ測
位置に再配置し、同一光学系を用いてホログラム記録時
と同一の参照光々軸で、かつ逆向きに白色光で各ホログ
ラムを独立に照明し、実物体表面上に各観測ホログラム
の動的変位モードを与える干渉縞画像を再生結像する。
位置に再配置し、同一光学系を用いてホログラム記録時
と同一の参照光々軸で、かつ逆向きに白色光で各ホログ
ラムを独立に照明し、実物体表面上に各観測ホログラム
の動的変位モードを与える干渉縞画像を再生結像する。
このような三つの独立したモ渉縞画像を独自にＺ軸上で
観測することができる。したがって、いずれの画像も被
測定物体表面の大きさは同一であり、一般には干渉縞の
形成位置が異なる画像となる。物体表面上の任意点にお
ける三次元変位は、同一座標点における三つの干渉縞次
数を与えることにより、下記のように決定することがで
きる。
観測することができる。したがって、いずれの画像も被
測定物体表面の大きさは同一であり、一般には干渉縞の
形成位置が異なる画像となる。物体表面上の任意点にお
ける三次元変位は、同一座標点における三つの干渉縞次
数を与えることにより、下記のように決定することがで
きる。
第３図は三次元変位解析の原理を示すもので、同図の被
測定物体表面の一点０における三次元変位ベクトルｄの
ｘ、ｙ、、ｚの各座標軸方向の変位成分をそれぞれ、ｕ
、ｖ、、ｗとする。また、各座標軸の単位ベクトルをそ
れぞれｉ、ｊｔｋとすれば、Ｚ軸上の照明平行光波ベク
トルｅ、、、独立な三方向のテレセントリック光学観測
ベクトルは下記（１）式で表わされる。
測定物体表面の一点０における三次元変位ベクトルｄの
ｘ、ｙ、、ｚの各座標軸方向の変位成分をそれぞれ、ｕ
、ｖ、、ｗとする。また、各座標軸の単位ベクトルをそ
れぞれｉ、ｊｔｋとすれば、Ｚ軸上の照明平行光波ベク
トルｅ、、、独立な三方向のテレセントリック光学観測
ベクトルは下記（１）式で表わされる。
ｅｌ、−一に、ｅ、を−に
ただし、Ｏａ ｘ ： ’ Ｚ軸とｘｚ面内観測軸との
なす角、 θ、、：ｚ軸とｙ７．面内観測軸とのなす角、 次に、Ｚ軸上の観測ホログラム再生画像の干渉縞次数と
変位との関係は、波長をλとすると、下記（２）式で表
わされる。
なす角、 θ、、：ｚ軸とｙ７．面内観測軸とのなす角、 次に、Ｚ軸上の観測ホログラム再生画像の干渉縞次数と
変位との関係は、波長をλとすると、下記（２）式で表
わされる。
ｎ、・λ＝−（ｅｌｍ−Ｊｌ −ｄ＝２Ｗ−＋２）また
、ｘｚ而面ｌｌ測示ログラム再生画像の干渉縞次数ｎ８
と変位との関係は下記（３）式で表わされる。
、ｘｚ而面ｌｌ測示ログラム再生画像の干渉縞次数ｎ８
と変位との関係は下記（３）式で表わされる。
ｎ−・λ＝（ｅ＋＋ ｅｅｔｘ） −ｃｔ＝ｓｉｎ θ
□ 會 ｕ−１−（ｃｏｓ θ、、 ＋１）ｗ −（３
１さらにｙｚ面内ｗ！測ホログラム再生画像の干渉縞次
数ｎ、と変位との関係は下記（４）式で表わされる。
□ 會 ｕ−１−（ｃｏｓ θ、、 ＋１）ｗ −（３
１さらにｙｚ面内ｗ！測ホログラム再生画像の干渉縞次
数ｎ、と変位との関係は下記（４）式で表わされる。
ｎ、、−λ−（ｅｌｍ ｅａｓｙ）・ｄ＝ｓｉｎθ−ｙ
・ｖ十（らｏｓθｓｙ＋ｌ）ｗ ＋＋＋ ｆ４）上記（
２）〜（４）式よりめられる三次元変位式ｕ ＨＶ Ｈ
Ｗは下記（５）式で表わされる。
・ｖ十（らｏｓθｓｙ＋ｌ）ｗ ＋＋＋ ｆ４）上記（
２）〜（４）式よりめられる三次元変位式ｕ ＨＶ Ｈ
Ｗは下記（５）式で表わされる。
本実施例は前述したように、参照光ガイドに光ファイバ
束を用いることにより、空間に配置されるミラー類を簡
素化し、かつ物体光イメージガイドに光ファイバ束を用
いることにより、観測軸線の延長上におけるホログラム
作製条件を緩和することが可能となるため、従来装置に
比べて空間的に簡素化された光学系を構成することがで
きる。
束を用いることにより、空間に配置されるミラー類を簡
素化し、かつ物体光イメージガイドに光ファイバ束を用
いることにより、観測軸線の延長上におけるホログラム
作製条件を緩和することが可能となるため、従来装置に
比べて空間的に簡素化された光学系を構成することがで
きる。
また、光ファイバ束からなる光学系により、イメージプ
レーンホログラムを作製し、同一光学系で白色光再生す
ることができるので、スペックルノイズの少ない独立な
三方向観測ホログラム干渉縞画像を実物体表面上に結像
させ、これらの各画像を同一方向、例えば正面から観測
して干渉縞画像とすることができる。
レーンホログラムを作製し、同一光学系で白色光再生す
ることができるので、スペックルノイズの少ない独立な
三方向観測ホログラム干渉縞画像を実物体表面上に結像
させ、これらの各画像を同一方向、例えば正面から観測
して干渉縞画像とすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、物体光を取り込
むテレセントリック光学筒の光軸のみを観測軸と一致さ
せるだけでよく、ホログラム作製位置を観測軸の延長上
とする必要がないので、従来の三次元変位解析ホログラ
フィ干渉装置の複雑な光学系配置を単純化し、かつコン
パクト化することができる。また、実物体表面上に結像
される各ホログラム干渉縞画像を同一方向から観測する
ことにより、各画像の干渉縞形成装置の読取り座標精度
を向上させることができるので、三次元変位解析を高精
度に行うことが可能である。
むテレセントリック光学筒の光軸のみを観測軸と一致さ
せるだけでよく、ホログラム作製位置を観測軸の延長上
とする必要がないので、従来の三次元変位解析ホログラ
フィ干渉装置の複雑な光学系配置を単純化し、かつコン
パクト化することができる。また、実物体表面上に結像
される各ホログラム干渉縞画像を同一方向から観測する
ことにより、各画像の干渉縞形成装置の読取り座標精度
を向上させることができるので、三次元変位解析を高精
度に行うことが可能である。
第１図は従来のホログラフィ干渉による三次元変位計測
用光学系配置の斜視図、第２図は本発明に係わる三次元
動的変位計測装置の光学系配置の一実施例を示す斜視図
、第３図は第２図に示す実施例に適用される三次元変位
解析の原理図である。 １・・・被測定物体、２・・・パルスレーザ光源、３Ａ
〜３Ｃ２５・・・ハーフミラ、６Ａ〜６Ｃ・・・参照光
ガイドファイバ光学系、７Ａ〜７Ｃ・・・テレセンドリ
ンク光学筒、８Ａ〜８Ｃ・・物体光用イメージガイド第
１ 図 乙 第２ 図 ％
用光学系配置の斜視図、第２図は本発明に係わる三次元
動的変位計測装置の光学系配置の一実施例を示す斜視図
、第３図は第２図に示す実施例に適用される三次元変位
解析の原理図である。 １・・・被測定物体、２・・・パルスレーザ光源、３Ａ
〜３Ｃ２５・・・ハーフミラ、６Ａ〜６Ｃ・・・参照光
ガイドファイバ光学系、７Ａ〜７Ｃ・・・テレセンドリ
ンク光学筒、８Ａ〜８Ｃ・・物体光用イメージガイド第
１ 図 乙 第２ 図 ％
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、三次元変位を計測するホログラフィ干渉装置におい
て、ライトガイドあるいはイメージガイドとして光ファ
イバ束を導入した光学系を構成すると共に、パルスレー
ザを光源として高速運動物体の動的モードを測定するよ
うに構成したことを特徴とする三次元動的変位計測装置
。 ２、特許請求の範囲第１項記載の三次元動的変位計測装
置において、独立な二方向観測によるイメージプレーン
ホログラムを作製し、白色光再生により前記三方向観測
による干渉縞像を実物体表面上にそれぞれ形成させ、こ
れらの干渉縞像を正面観測してえられる干渉縞画像をも
とにして変位解析を行うように構成したことを特徴とす
る三次元動的変位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8173784A JPS60227102A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 三次元動的変位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8173784A JPS60227102A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 三次元動的変位計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60227102A true JPS60227102A (ja) | 1985-11-12 |
Family
ID=13754742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8173784A Pending JPS60227102A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 三次元動的変位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60227102A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007240465A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Wakayama Univ | ３次元変位ひずみ計測方法及び装置 |
| RU2557374C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ голографической визуализации быстропротекающих процессов |
-
1984
- 1984-04-25 JP JP8173784A patent/JPS60227102A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007240465A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Wakayama Univ | ３次元変位ひずみ計測方法及び装置 |
| RU2557374C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ голографической визуализации быстропротекающих процессов |
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