JP2006118989A - 電子スペックル干渉法を用いた振動の測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に任意の部位の振動（振幅、振動周波数）が非接触で且つリアルタイムで測定可能な振動測定方法および装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 変調信号により波長を変調できるレーザ２を光源とし、電子スペックル干渉法を利用して被計測物６の測定面６Ａの振動を計測する方法であって、レーザ２からのレーザ光を分離して、一方を測定面に照射したその反射光と、他方の光からなる参照光とを重ね合わせて結像面で干渉画像群を順次形成し、干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像Ａを得、レーザ２への変調信号を変化させることによって、前記振動縞画像Ａ上に生ずる最大輝点の変化を利用して、前記測定面での振動を計測する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、精密機器や車載機器等の振動部分について、その振動（振幅、振動周波数）を非接触で且つリアルタイムに計測することが可能な、電子スペックル干渉法を用いた、振動の測定方法と測定装置に関する。

精密機器や車載機器等は、それらが使用中に起こり得る振動に対して、この振動部分に対して適切な剛性を具備させておいたりあるいは支持構造等によって補強等しておかないと、輸送中や車両等に搭載した状態等において繰り返し受ける振動や該振動に起因して生じる共振現象によって、その機器が短期間で破損したり、あるいは取着しているボルト等が脱落したりする可能性がある。
さらには、前記振動や共振等によって、前記精密機器や車載機器等の所望の性能そのものが損なわれたり、あるいは誤動作することもある。

このため、従来より、これら精密機器や車載機器を含む種々の装置において振動する部分を、接触型の振動測定装置を用いて、振動の測定（特許文献１参照）をおこなって、振動対策等に役立てていた。

しかし、接触型であると、測定部分の質量が振動測定装置のセンサー等の質量に比べてあまり大きくないときには、正確な振動の測定ができない。
また、振動は瞬時瞬時で微妙に変化するが、このような瞬時瞬時に微妙に変化するその時々の振動を正確に測定することは困難であり、非接触で二次元の振動パターンをリアルタイムで測定できるものがなかった。
特開平２００１−１５９５６２号公報

本発明は、このような状況に鑑みて行われたもので、任意の部位の振動（振幅、振動周波数）が非接触で且つリアルタイムにしかも容易に測定可能な振動測定方法および装置を提供することを目的とする。

前記本発明の目的は、以下の構成からなる振動測定方法および装置によって解決することができる。

本第１の発明にかかる振動測定方法は、レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
前記レーザ光の波長を変化させることによって振動縞画像上に生ずる最大輝点を利用して、前記測定面での振動を計測することを特徴とする。

本第２の発明にかかる振動測定方法は、レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
前記レーザのレーザ光の波長を変調させて、前記測定面の測定しようとする任意の位置に前記振動縞画像における最大輝点が位置するような状態に設定し、
前記設定したときのレーザ光の波長の変調信号の振幅の値と、予め求めた変調信号の振幅の値とそれに対応する測定面の振動振幅との相関関係とに基づいて、前記任意の位置での振動振幅を求めることを特徴とする。

また、本第３の発明にかかる振動測定方法は、レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
レーザ光の波長を変調する変調信号の変調周波数を所定範囲で、この振動縞画像中の最大輝点の輝度の最大値が求まるまで変化させて、前記処理を繰り返して、当該最大値が求まったときの変調信号の変調周波数を、前記測定面の振動周波数として、該計測面の振動周波数を求めることを特徴とする。

また、本第４の発明にかかる振動計測装置は、前記第２の発明を実施するための振動計測装置であり、該振動測定装置が、
レーザ光の波長が変化可能な前記レーザと、
波長を変化させる変調信号の振幅の値を変えることが可能な変調信号変更手段と、
前記レーザから発する光を分離して、その一方の光を前記測定面に照射してその反射光を得るとともに、もう一方の光を参照光として、これら反射光と参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を結像させる、光学系と、
前記結像面上で結像させた干渉画像を撮像するＴＶカメラと、
前記干渉画像を時系列的に得た干渉画像群を画像処理して最大輝点を有する振動縞画像を得て、前記変調信号の振幅の値を変えることによって測定しようとする任意の位置に前記最大輝点が位置したときに、そのときの変調信号の振幅の値と測定面の振動振幅との相関関係と、該変調信号の振幅との値に基づいて、測定面の最大輝点が生じている位置の振動振幅を得る制御装置とを具備することを特徴とする。

さらに、本第５の発明にかかる振動計測装置は、前記第３の発明を実施するための振動計測装置であり、該振動測定装置が、
変調信号を入力することによって波長が変調可能な前記レーザと、
前記変調信号の周波数を変えることが可能な変調信号変更手段と、
前記レーザから発する光を分離して、その一方の光を前記測定面に照射してその反射光を得るとともに、もう一方の光を参照光として、これら反射光と参照光とを重ね合わせて、結像面上で結像させる、光学系と、
前記結像面上で結像させた画像を撮像するＴＶカメラと、
前記変調信号の変調周波数を適宜範囲で変えて得た前記振動縞画像中の最大輝点の輝度の最大値を求め、最大値が求まったときの変調周波数を計測面の振動周波数とする制御装置とを具備することを特徴とする。

前述のような構成からなる本第１の発明にかかる振動計測方法によれば、結像面上に時系列で順次形成される干渉画像群を、画像処理することによって振動縞画像を得て、この振動縞画像上に生じる最大輝点がレーザ（例えば半導体レーザ）の波長を変化させることによって変化することを利用して、該振動（振動振幅、振動周波数）の計測が可能となるため、計測面の振動が非接触で且つリアルタイムでしかも容易に測定可能となる。

また、前記本第２の発明にかかる振動計測方法によれば、振動振幅を計測しようとする振動している被計測物の測定面に対してレーザ光の前記分離された一方の光を照射し、この測定面から反射する反射光と、前記分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて結像面上に干渉画像群を得て、この干渉画像群を画像処理することによって最大輝点を有する振動縞画像を得るとともに、測定面上の計測しようとする位置に前記振動縞画像中の最大輝点が位置するように、前記レーザへの変調信号の振幅を変化させれば、このときの変調信号の振幅の値を用いて、予め求めておいた変調振幅の値と振動振幅との相関関係から、計測面上の計測しようとする部分の振動振幅を、非接触で且つリアルタイムで、求めることができる。しかも、前記振動縞画像の縞の数を直接計数することによって振幅を計測するものでないため、振動の振動振幅が大振幅の場合にも、測定可能となる。

また、本第３の発明にかかる振動計測方法によれば、振動周波数を計測しようとする振動している被計測物の測定面に対してレーザ光の分離された一方の光を照射し、この測定面から反射する反射光と、前記分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて結像面上に干渉画像を順次得て、これら干渉画像群を画像処理することによって、振動縞画像を求め、次にレーザ光に入力する変調信号の変調周波数を適宜範囲で変えて、干渉画像群を得るとともに、その干渉画像群を画像処理することによって、振動縞画像を得てその振動縞画像中の最大輝点の輝度の最大値が求まるまで、前記変調信号の前記所定範囲で変調周波数を変える一連の処理を繰り返し、その最大値のときの変調周波数さえ検知すれば、その変調周波数が、測定面における振動周波数となり、このように計測面の振動周波数を、非接触で且つリアルタイムで、求めることができる。

そして、前記第２の発明にかかる振動計測方法は、前記第４の発明にかかる振動計測装置によって、実行することができる。

また、前記第３の発明にかかる振動計測方法は、前記第５の発明にかかる振動計測装置によって、実行することができる。

また、前記第２の発明にかかる振動計測方法は、前記予め求めた変調信号の振幅の値とそれに対応する測定面の振動振幅との相関関係が、テーブルの形態あるいは関数の形態で記憶させておき、この記憶させているテーブルあるいは関数から、前記振動振幅を求めるよう構成すると、好ましい実施形態となる。

さらに、前記第４あるいは第５の発明にかかる振動計測装置において、前記光学系が、半導体レーザから発する光を前記測定面側への光と前記参照光としての光に分離する第１のビームスプリッターと、前記測定面から反射する反射光を拡大して結像面へ通過させる凸レンズと、前記反射光と参照光とを重ね合わせる第２のビームスプリッターとを有することによって、好ましい実施形態となる。

また、前記第３の発明にかかる振動計測方法において、前記レーザに変調信号を入力することなしに得た、前記振動縞画像中の最大輝点の輝度を、比較する最大値として予め求めておき、
次に、レーザに入力する変調信号の変調周波数を所定範囲で変化させ、得られる振動縞画像中の最大輝点の輝度と、前記比較する最大値が一致するか否か比較し、一致するまで前記所定範囲で変調周波数を変化させて前記処理を繰り返し、一致したときの変調信号の変調周波数を、前記測定面の振動周波数として、該計測面の振動周波数を求めるように構成すると、前記一致したときの変調周波数を検知されすれば、その変調周波数が、測定面における振動周波数となり、このように計測面の振動周波数を、非接触で且つリアルタイムで、しかも正確に求めることができる。

また、前記第３の発明にかかる振動計測方法において、前記変調信号の変調周波数を所定範囲で変化させて干渉画像群を形成する際に、前記変調信号の振幅を小さくすると、実際上利用可能な短時間で且つ正確な振動周波数の計測が可能となる。つまり、前記干渉画像を形成する干渉光の位相「θ（ｔ）」は、

Ｄc ＋Ｌcos （２πｆｔ＋φ）
θ（ｔ）＝２πｇ−−−−−−−−−−−−−−−−・・・式（１）
λc ＋Ｍcos ２πｆm ｔ

で表されるが、ここで前記「Ｍ」の値を小さくしてゆくと、ＴＶカメラの蓄積時間内での位相の変化量が小さくなり、この結果、変調周波数の変化に伴う最大輝点の輝度の変化が図５に図示するように緩やかになることから、変調周波数と振動周波数が相違していても、最大輝点の輝度の最大値となる変調周波数（図５の「Ｚ」で示す位置での変調周波数）を容易に見落とすことなく見つけることが可能となる。なお、前記式（１）において、分数の分子の項は、計測面からの反射光と参照光との光路差で、分数の分母の項は時間と共に変化する波長を示す。また、「Ｄc 」は振動しないときの光路差、「λc 」は変調しないときの波長、「Ｌ」は振動振幅、「Ｍ」は変調振幅、「ｆ」は振動周波数、「ｆm 」は変調周波数、「φ」は振動と変調信号間の位相差、「ｇ」は定数を、それぞれ表す。

以下、本願発明にかかる振動の計測方法および振動計測装置の実施例について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる振動計測装置の全体の構成を模式図的に表した全体図である。

図１において、１はこの実施例ではシャッター速度が１／３０秒のＴＶカメラ（ＣＣＤカメラ）、２は入力される変調信号によってレーザ光の波長の振幅又は周波数が変化する半導体レーザ（以下、変調信号の振幅を変調振幅という。また、変調信号の周波数を変調周波数という）、３は前記半導体レーザ２へ入力する変調信号（注入電流）の変調振幅あるいは変調周波数を変更可能なファンクションジェネレータ、４は前記変調信号の変調振幅の値と計測面の振動振幅との相関関係と該変調信号の変調振幅の値とに基づいて計測面の振動振幅を得る制御装置（この実施例ではコンピュータで構成）、５は前記半導体レーザから発光する光を分離する第１のビームスプリッター、６は被計測体、７は前記被計測体６の計測面６Ａからの反射光が通過する凸レンズ、８は前記第１のビームスプリッター５で分離された一方の光を通過させ通過光のパワーを反射光のパワーに対応させて低減させるＮＤフィルター（Neutral Density フィルター）、９は前記反射した光と前記一方の光を重ね合わせる第２のビームスプリッター、１０は前記制御装置４に制御線Ｌ４を介して接続され該制御装置４で画像処理された画像を写す映像モニターである。

図１に図示するように、前記半導体レーザ２からはレーザ光が拡散するよう発光するが、このレーザ光の波長は、前記ファンクションジェネレータ３の調整つまみ（図示せず）を操作することによって前記半導体レーザ２へ入力される変調信号（注入電流）ｉの変調振幅の値を変化させて、該半導体レーザのレーザ光の波長の変調振幅を変化させることができるように構成されている。また、前記ファンクションジェネレータ３は、前記調整つまみ（図示せず）とは別の調整つまみ（図示せず）を操作することによって前記半導体レーザ２へ入力される変調信号（注入電流）ｉの変調周波数を変化させて半導体レーザのレーザ光の波長の周波数を変化させることができるように構成されている。このため、該半導体レーザ２とファンクションジェネレータ３とは、制御線Ｌ１で接続されている。
また、前記ファンクションジェネレータ３は、前記制御装置４と制御線Ｌ２を介して接続されて、このファンクションジェネレータ３から制御装置４へ、前記変調信号の変調振幅の値あるいは変調周波数の値が伝達されるよう構成されている。
そして、この制御装置４の図示しないメモリ（記憶装置）内には、図４に図示するような、前記変調振幅の値と計測面６Ａの振動振幅Ｌとの相関関係に関するテーブルが記憶されている。また、前記ファンクションジェネレータ３から、前記信号線Ｌ２を介して、前記変調信号の変調周波数が前記制御装置４へ伝達され、この変調周波数により、半導体レーザ２の光の波長を変化させているそのときの変調周波数がこの制御装置４で判るように構成されている。

そして、前記半導体レーザ２から発せられたレーザ光は、前記第１のビームスプリッター５によって２つの光に分離され、分離された一方の光は、前記被計測体６の計測面６Ａへ照射され、また分離されたもう一方の光は、前記第２のビームスプリッター９へ照射される。そして、前記第２のビームスプリッター９で、前記計測面６Ａから反射した反射光と、前記第１のビームスプリッター５からの参照光とが、重ね合わせられる。ところで、この実施例では、参照光のパワーを反射光のパワーに対応するよう低減させるために、前記第１のビームスプリッター５と前記第２のビームスプリッター９との間に前記ＮＤフィルター８が介装されている。

そして、前記第２のビームスプリッター９で重ね合わされた光によって、前記ＴＶカメラ１の結像面において、スペックルのある干渉画像を形成する。そして、この干渉画像を前記ＴＶカメラ１が撮像し、前記制御装置４へ制御線Ｌ３を介して伝達する。そして、半導体レーザ２のレーザ光の波長が変えられて、その波長のときの干渉画像を、同じように、前記ＴＶカメラ１が撮像し、前記制御装置４へ制御線Ｌ３を介して伝達される。所定回数このように波長を変え、該変えたときの干渉画像を、前記ＴＶカメラ１が撮像し、前記制御装置４へ制御線Ｌ３を介して伝達される。
そして、制御装置４で前記干渉画像を時系列的に蓄積してたものについて後述する画像処理がなされて、図２に図示するような振動縞画像Ａが得られ、この振動縞画像Ａは前記映像モニター１０に表示される。

前述のような構成を有する本実施例にかかる振動計測装置によれば、以下のように、被計測体６の計測面６Ａの振幅を非接触により且つリアルタイムで計測することができ、また実施例２で説明する如く振動周波数ｆを非接触により且つリアルタイムで計測することが可能となる。つまり、
図１の被計測体６の計測面６Ａがその中心線CLで表される部分を中心に振動している状態において、図１に図示するように、その部分に向けて、半導体レーザ２のレーザ光を照射する。この照射された光は、前記第１のビームスプリッター５で二つの光に分離されて、その内の一方の光は、前記計測面６Ａに照射され、この面に当たって反射し、この反射した反射光は、前記凸レンズ７を通過することによって収束され、該通過した光は、前記第２のビームスプリッター９に入射される。一方、前記第１のビームスプリッター５で分離したもう一方の光は、前記ＮＤフィルター８を通過して、ここで、反射光に対応するようパワーが低減した参照光が、前記第２のビームスプリッター９に入射して、前記計測面６Ａで反射した反射光と重ね合わされる。そして、このように重ね合わされた光は、前記ＴＶカメラ１のレンズに入射して、該ＴＶカメラ１の結像面で、干渉画像を形成する。

次に、前記半導体レーザ２から異なる波長のレーザ光を照射する。そして、異なる波長のレーザ光を照射する都度に、前記ＴＶカメラ１の結像面で、干渉画像を形成する。このように異なる波長のレーザ光を照射することによって得られた各干渉画像は、前記制御線Ｌ３を介して制御装置４へ伝達され、メモリ内に記憶される。

そして、制御装置４では、これら複数の干渉画像、つまり干渉画像群を、画像処理して、図２に図示するような振動縞画像Ａを形成する。この画像処理としては、公知の所謂「最大値−最小値法」によってなされる。具体的には、前記各干渉画像を重ね合わせて、画像の各画素において、例えば、画素数が５００×５００の場合には干渉画像は２５０，０００画素上に形成されることになり、これらの各画素のそれぞれの画素において、その画素上に位置する各干渉画像のうちの最大の輝度の値から同じく各干渉画像のうちの最低の輝度の値が減算されて、その画素における値が求められる。このように各画素における値をそれぞれの画素に当てはめて画像を描くと、図２に示すような振動縞画像Ａとなる。つまり、このような処理を、この明細書および請求の範囲において「画像処理」と呼ぶ。そして、図２に示す振動縞画像Ａにおいて最大輝点Ａmax となる部分（図２の複数の破線で示すなかの、最も明るく観測される帯状の部分の中央の実線で示す部分）を、前記計測面６Ａの計測したい部位へ、移動させる。この移動は、前記ファンクションジェネレータ３を操作することによって、前記半導体レーザ２へ入力する変調信号の周波数と位相を振動周波数および振動位相と同じ値に設定し、且つ、変調振幅を変化させて、計測面６Ａ上の計測しようとする位置に前記最大輝点Ａmax となる位置がくるようにする。具体的には、この実施例では、図３に図示する最大輝点Ａmax となっている部分の振動振幅Ｌを計測したい場合には、この図３に図示するようにその位置に最大輝点Ａmax となる位置が位置するように、前記ファンクションジェネレータ３を操作して、半導体レーザ２への変調信号の変調振幅を変化させて、振動と同じ周波数且つ同じ位相で光の波長を変調する。

そして、このように、前記計測面６Ａの計測したい位置に前述のように振動縞画像Ａの最大輝点Ａmax の位置が正確に位置するように設定されると、そのときの、前記変調信号の変調振幅の値が制御装置４によって読み取られる。
そして、前記読み取られた変調振幅の値に基づいて、前記メモリに記憶している「変調振幅の値と計測面の振動振幅Ｌとの相関関係を表した」テーブル (図４参照）から、その変調信号の変調振幅の値に対応する計測面の振動振幅Ｌを得ることができる。その結果、振動状態にある計測面６Ａの任意の位置である、移動させた最大輝点Ａmax の位置の振動振幅Ｌを非接触で且つリアルタイムで得ることができる。

ところで、前記計測面６Ａに生じている振動周波数ｆを計測する場合には、まず、前記半導体レーザ２の波長の変調をおこなうことなく、つまり、変調信号を一定にした状態で、前述の要領（処理手法）で干渉画像群を得て、この干渉画像群を画像処理して振動縞画像Ａを形成して、この振動縞画像Ａにおける最大輝点Ａmax 1 の輝度を最大値として読み取り、制御装置４のメモリ内に記憶しておく。前記振動縞画像Ａは、前記制御装置４に接続されている前記映像モニタ１０に映し出される。

次に、前記半導体レーザ２への変調信号の変調周波数を所定範囲内で変化させるによって、干渉画像群を前述の手法によって得て、この干渉画像群を制御装置４において前記画像処理することによって振動縞画像Ａを得る。この振動縞画像Ａも、前記制御装置４に接続されている前記映像モニタ１０に映し出される。
そして、このように変調周波数を変化させて得た振動縞画像Ａにおける最大輝点Ａmax の輝度を、前記制御装置４に記憶している前記最大輝点Ａmax 1 の最大値と一致するか否か該制御装置４において比較演算する。
前記比較演算の結果、一致していない場合には、前記半導体レーザ２への変調信号の変調周波数の所定範囲の該範囲を変えて、上記同様の手順で処理して、再び、得られた振動縞画像Ａにおける最大輝点Ａmax の輝度が、前記記憶している最大輝点Ａmax 1 の最大値と一致するか否か比較する。このように変調信号の変調周波数を前記所定範囲内で順次変えてゆくと、振動縞画像Ａの全体の輝度が種々変化してゆく。
このような処理は、前記手順を経て得られる振動縞画像Ａにおける最大輝点Ａmax の輝度が、前記記憶している最大輝点Ａmax 1 の最大値と一致するまで、変調信号の変調周波数を変えておこなわれる。

そして、前記振動縞画像Ａにおける最大輝点Ａmax の輝度が前記記憶している最大輝点Ａmax 1 の最大値と一致すると、そのときの半導体レーザ２へ入力している変調信号の変調周波数が制御装置４によって読み取られ、この変調周波数が、計測しようとする計測面６Ａの振動周波数ｆとなる。

そして、前述のように、振動縞画像Ａの最大輝点Ａmax 部分の輝度の変化は、前記映像モニタ１０に映し出され、オペレータが視認することができることから、制御装置４による比較演算ではなく、この映像モニタ１０をオペレータが視認しながら、ファンクションジェネレータ３を順次調節することによって、最大値と等しい輝度となる最大輝点Ａmax が得られる変調周波数を目視により見つけ出し、計測面６Ａの振動周波数ｆを検出してもよい。

あるいは、前述のように予め最大輝点Ａmax 1 の最大値を求めておくことなく、順次振動縞画像の最大輝点Ａmax の最大値を比較することによって、前記最大輝点Ａmax 1 の最大値に対応する最大値を求めるよう構成してもよい。

また、前記一連の計測において、前記変調周波数の振幅Ｍ（前記式（１）参照）を小さくすることによって、実際上利用可能な短時間で且つ正確な振動周波数ｆの計測が可能となる。つまり、前記干渉画像を形成する干渉光の位相「θ（ｔ）」は、前記式（１）で表すことができるが、この「Ｍ」の値を小さくしてゆくと、振動と異なる周波数および異なる位相の場合でも、ＴＶカメラの蓄積時間内（シャッター速度内：例えば１／３０秒間）での位相θ（ｔ）の変化量が小さくなり、この結果、変調周波数の変化に伴う最大輝点の輝度の変化が図５に図示するように緩やかになることから、変調周波数ｆm と振動周波数ｆが相違していても、最大輝点の輝度が最大値と等しくなる変調周波数（図５の「Ｚ」で示す位置での変調周波数）を容易に見つけることが可能となるためである。

ところで、前記各実施例では、半導体レーザの発振器が内蔵型のものについて説明したが、発振器が外付型の場合には、該発振器の長さを変化させて変調するよう構成しても、前記実施例と同様に本発明を実施することができる。

また、半導体レーザ以外のレーザを用いても、本発明を実施することができ、かかる場合、前記レーザ光の波長の変調については各レーザの種類によってそれに対応したものとすればよい。

本願発明にかかる振動計測方法および振動計測装置は、精密機器や車載機器等の振動する部分等の振幅や振動周波数を計測するのに用いることができる。

本発明の一実施例にかかる振動計測装置の全体の構成を模式図的に表した全体図である。 図１に示す振動計測装置の映像モニタに表示される振動縞画像を示す図である。 図２に示す振動縞画像の中の最大輝点の部分を半導体レーザの波長を変化させることによって移動させた後の状態を示す図である。 図１に示す制御装置のメモリ内に記憶されている、注入電流ｉの振幅と計測面の振幅Ｌとの相関関係を示すテーブルである。 横軸に変調周波数「ｆm 」をとり、縦軸に最大輝点の輝度値をとって、変調周波数の変化に伴う最大輝点の輝度の変化の状態と最大輝点の最大値となる変調周波数の位置「Ｚ」を表した図である。

符号の説明

Ａ…振動縞画像
Ａmax …振動縞画像の最大輝点
２…半導体レーザ
６…被計測物
６Ａ…計測面
Ｌ…振動振幅

Claims (8)

1. レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
   前記レーザ光の波長を変化させることによって振動縞画像上に生ずる最大輝点を利用して、前記測定面での振動を計測することを特徴とする方法。
2. レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
   前記レーザのレーザ光の波長を変調させて、前記測定面の測定しようとする任意の位置に前記振動縞画像における最大輝点が位置するような状態に設定し、
   前記設定したときのレーザ光の波長の変調信号の振幅の値と、予め求めた変調信号の振幅の値とそれに対応する測定面の振動振幅との相関関係とに基づいて、前記任意の位置での振動振幅を求めることを特徴とする方法。
3. 前記予め求めた変調信号の振幅の値とそれに対応する測定面の振動振幅との相関関係が、テーブルの形態あるいは関数の形態で記憶させておき、この記憶されているテーブルあるいは関数から、前記振動振幅を求めるよう構成したことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. レーザを光源とし、電子スペックル干渉法を利用して被計測物の測定面の振動を計測する振動測定装置であって、
   この振動測定装置が、
   レーザ光の波長が変化可能な前記レーザと、
   波長を変化させる変調信号の振幅の値を変えることが可能な変調信号変更手段と、
   前記レーザから発する光を分離して、その一方の光を前記測定面に照射してその反射光を得るとともに、もう一方の光を参照光として、これら反射光と参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を結像させる、光学系と、
   前記結像面上で結像させた干渉画像を撮像するＴＶカメラと、
   前記干渉画像を時系列的に得た干渉画像群を画像処理して最大輝点を有する振動縞画像を得て、前記変調信号の振幅の値を変えることによって測定しようとする任意の位置に前記最大輝点が位置したときに、そのときの変調信号の振幅の値と測定面の振動振幅との相関関係と、該変調信号の振幅との値に基づいて、測定面の最大輝点が生じている位置の振動振幅を得る制御装置とを具備することを特徴とする振動測定装置。
5. レーザを光源とし、このレーザ光を分離して、該分離した一方を前記測定面に照射して得たその反射光と、該分離したもう一方の光からなる参照光とを重ね合わせて、結像面上で干渉画像を形成し、時系列で蓄積した前記干渉画像群を画像処理することによって振動縞画像を得て被測定物の振動を計測する電子スペックル干渉法において、
   レーザ光の波長を変調する変調信号の変調周波数を所定範囲で、この振動縞画像中の最大輝点の輝度の最大値が求まるまで変化させて、前記処理を繰り返して、当該最大値が求まったときの変調信号の変調周波数を、前記測定面の振動周波数として、該計測面の振動周波数を求めることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の最大輝点の輝度の最大値を求めるための振動計測方法であって、
   前記レーザに変調信号を入力することなしに得た、前記振動縞画像中の最大輝点の輝度を、比較する最大値として予め求めておき、
   次に、レーザに入力する変調信号の変調周波数を所定範囲で変化させ、得られる振動縞画像中の最大輝点の輝度と、前記比較する最大値が一致するか否か比較し、一致するまで前記所定範囲で変調周波数を変化させて前記処理を繰り返し、一致したときの変調信号の変調周波数を、前記測定面の振動周波数として、該計測面の振動周波数を求めることを特徴とする方法。
7. 前記変調信号の変調周波数を所定範囲で変化させて干渉画像群を得る際に、前記変調信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 請求項５記載の計測面の振動を計測する方法を実施するための振動測定装置であって、 この振動測定装置が、
   変調信号を入力することによって波長が変調可能な前記レーザと、
   前記変調信号の周波数を変えることが可能な変調信号変更手段と、
   前記レーザから発する光を分離して、その一方の光を前記測定面に照射してその反射光を得るとともに、もう一方の光を参照光として、これら反射光と参照光とを重ね合わせて、結像面上で結像させる、光学系と、
   前記結像面上で結像させた画像を撮像するＴＶカメラと、
   前記変調信号の変調周波数を適宜範囲で変えて得た前記振動縞画像中の最大輝点の輝度の最大値を求め、最大値が求まったときの変調周波数を計測面の振動周波数とする制御装置とを具備することを特徴とする振動測定装置。
   

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