JPH01260351A - 位置監視方法及び装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、表面歪み又は場合によっては、表面
クランク又は物体内に埋もれたクランク等の、クラック
による該物体の平面内変位等を位置監視する方法及び装
置間する。

（発明の概要） 本発明は、第１の面においては、少なくとも一つのター
ゲットの位置を監視する方法を提供するものであり、こ
の方法は、輻射ビームで該ターゲットを繰り返し走査し
、該ターゲットから反射された輻射を受光し、該反射輻
射を解析して該ターゲットの位置の変化を判定すること
から成る。

本発明の方法は、走査されたビームが前記物体上のター
ゲットを１走査サイクル当り２回横切って該ターゲット
からの反射輻射の対応するパルスを生成する様に該ビー
ムを基準軸に対して所定周波数で走査し、時間分離した
該パルスを検出手段で受光し、必要ならば該基準軸を調
整して該受光パルスを時間的にほぼ対称的とし、該ター
ゲットに関連する基準軸の調整済み位置を記録し、次に
前記調整済み位置にある該走査基準軸で前記ターゲット
を繰り返し走査し、該検出手段が受光したパルスの対称
性の喪失を検出することを包含すると好都合である。

該物体に伴う変位は、物体の全体としての並進変位及び
／又は角度変位又は該物体の平面内変位である。

この方法を使って平面内変位を監視する時、該物体の適
宜の表面上に複数のターゲットを平行関係に分布させ、
初めに各ターゲットを個別に走査して各ターゲットに対
して調整済み走査基準軸を導き出し、各調整済み基準軸
位置を記録し、次に、それぞれのターゲットについて初
めに導き出された調整済み位置にある該走査基準軸で各
ターゲットを周期的に走査する。この様にして、ターゲ
ットを周期的に走査することにより表面歪み領域を監視
する事が出来る。

ターゲットは、適宜の表面に設けた一連のグリッド線又
は相互に垂直な線で構成する事が出来る。

輻射ビームは、例えばレーザビーム等の光で構成するの
が便利であり、走査運動は、例えば振動鏡又はレーザー
ビームに楕円軌道を描かせる様に回転支持体に取り付け
られた一対の鏡等の、角度的に駆動される光学的手段に
より与えられる。該鏡の振動又は回転の平均位置はビー
ム走査の基準軸を画定し、鏡を適宜調節することにより
該基準軸の位置を調整する事が出来る。

本発明の一つの特徴に従って、該検出値の出力の周波数
解析により対照的検出が行なわれるが、走査ビームの基
準軸を調整して、走査周波数を含む狭い周波数帯域に亙
って該検出器手段の出力が最小となる調節の位置を決定
する。例えば、該検出器手段の出力を、走査周波数に同
調させた狭帯域フィルタに加える事が出来る。

本発明は、第２の面において、本発明の第１面の方法を
実施するための装置を提供するが、この装置は、少なく
とも一つのターゲットに輻射ビームを向ける手段と、そ
のビームで該ターゲットを繰り返し走査する手段とは、
該ターゲットから反射した輻射を検出する手段と、該反
射した輻射を解析して該ターゲットの位置の変化を検出
する手段とから成る。

この輻射ビームは、光、中性子、Ｘ線又は超音波などか
ら成る。

本発明の第２面の装置の一つの形においては、監視され
るべき物体に輻射ビームを向けて該物体上のターゲット
を該ビームで所定周波数で走査する手段と、該ターゲッ
トからの反射輻射を受信し、１走査サイクル当り一つの
時間的に離れたパルスを該ターゲットから受信する検出
手段と、該検出手段に応答して、その受信した反射パル
スが時間的に等間隔となるまで走査の平均位置を調整す
る手段と、該ターゲットと関連する調節済み平均位置を
記録する手段とが設けられ、該ターゲットの次の走査で
受信するパルスの等間隔関係を達成するのに必要な平均
位置を、記録された平均位置と比較してターゲットの変
位を検出する事が出来る。

該調整手段は周波数選択的であり、前記所定走査周波数
に対応する周波数内容を有する該検出器手段出力の成分
に応答する。一実施例においては、該調整手段は、前記
所定周波数に同調されて該検出手段の出力を受信する様
に接続された狭帯域通過フィルタを含む。

本発明の主な利点の一つは、比接触式の方法及び装置と
して割合に高い例えば７００℃以上の温度で、或はアク
セスが制限される危険な環境で、歪み及び変位を測定す
ることを可能にするものであるという点にある。

次に、添付図面を参照して、例を示して本発明を説明す
る。

（実施例） 図面において、同様の部分には同様の数字を付しである
。

第１図に示されている様に、監視されるべき物体の表面
１０には、明確にするために誇張して図示した一連のタ
ーゲット線１２から成る光学グリッドが設けられている
が、線１２は、一般には、標準マスク及びスプレーの技
術で表面１０に高温ペイント（例えば７００℃以上の温
度で支足）を付けることにより形成された一連の散乱反
射白線から成る。このグリッドは例えば隣り合う線間の
ピッチが約１關程度の、該表面の平面内に延在する互い
に垂直な二組のターゲット線から成る。レーザー光源１
６から輻射のビーム１４が鏡１８にらり標準的収束コリ
メータ光学要素（図を明確にするために、図示せず）を
介して表面ｌＯ上に投射される。。

該レーザービームは、該表面を走査する様にされている
。レーザービームの走査は、例えば光源及び／又は鏡１
８を直線的に変位させ、又は鏡を角度的に振動させるな
ど、色々な方法で実現する事が出来る。図示した実施例
では、例えば正弦波形等の対照的波形を有する駆動出力
を産出する制御駆動ユニット２０により、紙面に垂直な
軸の周囲に鏡を角度的に振動させることにより、ビーム
の走査を実現している。希望する場合には、図示した単
一の鏡に代えて、２軸鏡システムにより、直交する二つ
の方向に走査を行なうことも出来る。

駆動波形振幅は、表面１０での走査の範囲が１グリツド
線のみを横断する様に選択される。第２図は一本のグリ
ッド線１２を横切るビームスポットの走査を示す。走査
経路２２の限界は参照符号ａ及びＣで示されており、各
々の走査中のビームの平均位置は中心線２４で示してい
る。線１２は、該ビームで走査される時該レーザー輻射
を反射し、該ビームが線１２を横切るたびに反射される
パルスを受け取る様に適当な検出器２６が配置されてい
る。

第２図に示した状況においては、中心線２４（これは実
際上その走査の平均位置又は基準軸を表わす）がグリッ
ド線１２に対してずれているのが分かる。各走査の過程
において該検出器は、ビームが点ａから点Ｃへ行き、再
び点ａへ戻る時に二つのパルスを受け取る。第３図は、
検出器２６により産出されるパルス出力を示しており、
その出力は連続するパルス間の間隔が異なる一連のパル
スから成っている。第３図において、Ｔは、ビームａ及
び０間を両方向に掃引する時に産出される一つ置きのパ
ルス間の遅れを表わし、ｔは、ビームがＣからａへ、そ
してＣへと掃引する時のパルス間の間隔を表わす。Ｔは
ビーム走査周波数の逆数にも等しい。

鏡１８の角度振動の平均位置を適宜調整して走査の平均
位置又は基準位置を調整することにより、中心線２４を
ターゲット線１２の中実軸と一致させることが出来、検
出器２６のパルス出力は第４図に示されている様になり
、全てのパルスが等間隔を置く様になり、ｔ−Ｔ／２と
なる。ビーム基準位置が変化するとき、第４図の対称的
パルス出力状態が確立する時を判定するために、該検出
器の出力を解析することにより、−数位置を突き止める
ことが出来る。

実際には、例えば周波数解析装置又は走査周波数、即ち
鏡１８の振動周波数、に同調させた狭帯域フィルタを使
って、周波数解析技術により、これを容易に実行する事
が出来る。一致状態が確立するとき、走査周波数を中心
とする狭い周波数帯域に亙る検出器出力は、非一致状態
と較べて最小となる。第２図に略図した様に、検出器２
６の出力は、例えば走査周波数に同調させた狭帯域フィ
ルタを含む対称的検出回路２８に加えられ、回路２６は
、走査周波数を中心とする狭い帯域（例えば約１９Ｈｚ
）に亙る検出器出力の周波数成分を表わす信号を産出す
る。この信号はマイクロプロセッサを基礎とするコント
ローラ３０により監視され、該コントローラは、回路２
８からの信号が最大値に達するまでビーム基準位置（即
ち平均走査位置）を調整するために駆動ユニット２０を
制御する。このコントローラ３０は、次に、対応する平
均走査位置を記録し、調査しているグリッド線について
の適切なデータを記憶装置３２に格納する。

光学グリッドの色々な位置でこの手順が繰り返され、監
視されている各グリッド線についての平均走査位置の全
てについての記録が記憶装置に格納され、これから隣接
するグリッド線間の間隔を推定する事が出来る。次に、
例えばクランクに起因する平面内表面変位の結果として
のグリッド線間隔の変化を監視するために、この手順を
反復する。各パルスについて一致状態を達成するために
必要とされる相対的平均走査位置が、初めに導き出され
て記憶装置３２に格納された相対的平均走査位置と相違
すれば、その様な変化が明示されたことになる。コント
ローラ２０は、例えば表示装置及び／又はプリンタ等の
レコーダ３４を駆動して、該り２リツドの各走査中に得
られたグリッドの線の相対位置を記憶する。

２本以上の線１２を（好ましくは一様に）横切って走査
して対応するパルスを産出し、これからパルス間の遅延
時間ｔを推定する事が出来る様に構成することが可能で
ある。歪み又は表面変位（例えばクラック）により線１
２の位置が変化すると、遅延時間ｔが変化し、これから
その歪み又は変位をパルスタイミング解析により推定す
る事が出来る。例えば自然対流などの、コモンモードの
効果は、そのコモンモードの効果に伴う時定数よりも走
査周期を著しく短く設定することによって、無視し得る
様にする事が出来る。

線形走査機能を有する第１図の装置は、走査方向の変位
に敏感である。直交する３方向の変位を測定するために
は、各々変位方向に明確な成分を持った３種類の独立の
走査を行なわなければ成らない。ターゲット線の傾き又
はトポロジーの、測定精度に対する影響は無視する事が
出来る。歪みの測定については、トポロジー又は傾きは
、一定である限り、測定手順はそれらとは無関係である
。

これらのいずれかが変化すると、平行で無いビーム基準
軸を持った２以上の走査方向を採用しなければならない
。横方向走査を採用すれば、即ち走査時のビーム基準軸
の角度分離に限度が無ければ、測定手順は、ビーム基準
軸に垂直な方向の表面運動から影響を受けなくなる。

若し何らかの運動が検出器２６において散乱されるエネ
ルギーに変化をもたらすならば、対称法よりも上記のパ
ルスタイミング解析法を利用した方が良い。

第５図に示された手順は、２本の線１２ａ、１２ｂ間の
走査であり、第５図に１３で示された走査経路は、線１
２ａ、１２ｂを完全には横断しない様になっている。走
査の基準位置りが線１２ａ、１２ｂ間の中点ｄと一致す
るとき、同量の光が各線１２ａ、１２ｂから散乱される
。Ｄ及びｄの一致する位置からいずれかの側に偏ると、
一方の線１２ａまたは１２ｂから、他方の線１２ｂ又は
１２ａからよりも多量の光が散乱される結果となる。従
って、相異なる散乱光パルス積分エネルギーが検出器２
６に受信されることとなり、隣り合うパルス（第６図参
照）の振幅の差は元の中点からの非対称性の程度の尺度
となる。

グリッド線１２ａ、１２ｂの平均変化を推定する事が出
来る様に鏡１８を適宜運動させることにより、対称性（
第７図参照）を取り戻す事が出来る。

積分された散乱パルスエネルギーは、走査域１３とグリ
ッド線１２との重なりの程度に依存する。歪みが生ずる
と、グリッド線１２同士は更に遠ざかって、検出される
パルスの振幅が減少する結果となる。これらのパルスの
面積（振幅Ｘ時間）を監視することにより、ＲＭＳ値（
自乗平均平方根値）、又は数個のパルスに亙ってのビー
ク高さ、グリッド線１２間の間隔即ち歪みの程度を表わ
す尺度を推定する事が出来る。

グリッド線１２の反射率又はレーザービームの強度は、
共に散乱されるパルスの振幅に影響を与えるものである
が、それらの変化を修正するために、レーザー走査線１
３をグリッド線１２の外側限界を越えて一様に延長する
事が出来るが、その様にすれば、その結果として生じる
未濾波散乱光パルスの振幅（各線１２からの）はグリッ
ド線１２間隔とは無関係とるが、歪みはグリッド線１２
の反射率とレーザービームの強度とに依存することとな
る。

レーザービームの振動運動に関連させて本発明を説明し
たが、同期モーター又はパルスモータ−（図示せず）等
の精密モーター駆動装置を使って鏡１８を連続的に駆動
することも出来る。レーザービームが線１２上を動いて
行くとき、単一の線１２は、対応ずに散乱光パルスを発
生させる。１回転毎に、片面鏡１８の場合には１パルス
が発生し、双面鏡の場合には２パルス発生する。例えば
モーター駆動シャフトに設けた適当な角度変換器により
鏡１８の角度位置を精密に知ることが出来るならば、散
乱光パルスが発生する時、この角度位置の知識から線１
２の空間内位置を推定する事が出来る。

歪みの測定のためには、少なくとも２本の線１２が必要
であり、各線１２からの散乱光パルスを検出し、精密タ
イミング装置を使ってパルス間の遅れを監視しなければ
ならない。この遅れと、鏡駆動シャフトの角速度の知識
と、鏡１８からの線１２の距離とから（後の二つは線１
２を横切るレーザービーム走査速度を制御する）、線１
２間の間隔を推定し、対応する歪み又は圧縮を知る事が
出来る。

鏡１８の駆動装置に角度変換器を設けることにより、該
鎖駆動装置に対する線１２のコモンモード運動（即ち物
体運動）を推定する事が出来る。

一方、モーターが交流同期モーター又はパルスモータ−
である場合には、散乱光パルスに対応する駆動シャフト
の角度位置をモーター駆動信号から推定することが出来
、鏡１８駆動装置に対する線１２の位置も推定する事が
出来る。

例えば六角形その他の多角形回転体の面に三つ以上の反
射鏡１８を設けて、該回転体を回転させてターゲット線
を横切る様に光ビームを走査する事が出来ることが分か
る。光ビームをファイバー光学フィラメントの中を通過
させることが出来、該フィラメント又は光反射体の物理
的運動により、又はコヒーレントな光ファイバー束の両
端間でのスイッチングにより走査を行なう事が出来るこ
とが分かる。鏡１８又は反射体とグリッド線１２との間
の経路が非線形で、プリズム及びレンズ等の普通の光学
装置が使用されている時には、光ファイバー線を用いる
と有益である。

レーザービームを線形に走査する代わりに、例えば第８
図及び第９図に示された表面上の相互に垂直な二つの線
の周囲の軌道走査等の、２次元走査を採用する事が出来
る。第８図及び第９図を参照する。

第８図において、レーザービームは、２本の相互に垂直
なターゲット線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙの交点ＯＩと一致する、
矢で示された方向の半径ｒの円形区域パターンの基準軸
Ｏを有する。

レーザービームが線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ上を通る時、−様な
連続した散乱光パルスがａ、ｂ、ｃ、ｄで、周期Ｔの走
査周波数の４倍の周波数で発生する。

第８主図参照。

第９図に示されている様に、Ｏｌと０とが一致する上記
の状態からずれると、それぞれ時間間隔ｊｌ　％　ｊＺ
、ｔ、、Ｌ４だけ離れた「４パルス」ａ’　、ｂ’　％
　Ｃ’−，４’のグループが走査周波数で繰り返し発生
する不均一なパルス列となる。第９ａ図参照。この周波
数で検出される信号をローパスフィルタ又は狭帯域フィ
ルタを通過させると、軸対称性からずれるに従って増大
する振幅を持った有限な成分が得られる。第８図の対称
即ち一致の場合には、この走査周波数成分は零又は最小
である。交点０１の変位は、Ｏとｏｌ　とを再び一致さ
せるのに必要なレーザービーム０の平均変位から推定す
る事が出来る。

また、散乱光パルスの時間を計って、連続するパルス間
の遅れを４パルスグループ内で相互に比較し、或は走査
周期、即ちレーザービームの１回転に要する時間、と比
較することによって、０１の変位を推定することも出来
る。第９図に示されている様に、０１及びＯの一致位置
に対するターゲット線Ｘ−Ｘ５Ｙ−Ｙの変位は、それぞ
れＸ。

ｙで表わされている。Ｘは ｘ＝ｒｃｏｓθ／２ で与えられ、ここでθは、ａ＋から０１へ走査する時に
掃引される角度である。

θは、第９ａ図のパルス列から直接に推定することが出
来、 で与えられ、 である。

同様に、βがｄ１、ｂｌ　と相対する角であれば、変位
ｙは β で与えられ、これはパルス周期遅延の式で表わすことが
出来、従って、 となる。それ故にｙ及びＸは、円形軌道走査半径ｒの知
識と、標準的時間計測装置を使って容易に得る事が出来
る連続するパルス間の遅延時間の知識とから、直接に推
定する事が出来る。

対称的２次元走査域を発生させることは重要であり、こ
れを達成する方法は幾通りがある。一つの方法は、互い
にπ／２だけ位相がずれが共通の正弦波信号で駆動され
る２直交軸鏡（図示せず）を利用することである。

また、第１０図に示されている様に、相対運動をしない
二重鏡装置Ｍ、Ｍ、を使うことも出来、入射レーザービ
ーム基準軸を通る軸の周囲に鏡Ｍ＋Ｍｚを回転させると
、円形走査域が生じる。

第８図及び第９図の軌道走査手順は、ビーム基準軸に対
して垂直な平面内での運動に敏感である。

この面への垂直線がビーム基準軸の方へ傾いていれば、
交叉するターゲット線ａ１　Ｃ′、ｂｌ　ｄｌの分解さ
れたい成分はもはや直交しない。曖昧さを除くために、
２本以上の走査ビーム基準軸角度を使い、対称法でなく
てパルスタイミング解析法を使って変位測定を行なう事
が出来る。

第８図及び第９図の軌道走査手順は、２次元の変位の測
定を可能にするという点で有益である。

１方向における変位のみを検出する場合には、単一の線
ｂ’　ｄ”又はａ’　　ｃ“を使用する事が出来る。そ
の場合、各走査毎に二つの連続するパルスが生成され、
これをローパスフィルタ又は狭帯域フィルタで濾波し、
或は時間解析する事が出来るので、第８図及び第９図に
関して説明したのと同様の方法で変位を推定する事が出
来る。軌道走査手順を使って歪みを測定する時には、第
１１図に示されている様に複線を使う事が出来る。第１
１図においては、第１０図の態様で基準点０から矢で示
されている方向に、レーザービームが円形の走査パター
ンを産出する。走査は、平行線ａｆ及びｂｅと、同じ間
隔で且つこの線ａｆ及びｂｅと垂直に交叉する平行線ｃ
ｈ及びｇｄとを横切って進む。ａｂ、ｃｄ、ｅｆ、ｇｈ
間を横断して走査が為される時に生成されるパルスはそ
れぞれｔｌ。

ｔ２＋　　ｔ３＋　　ｔ、で表わされており、対称的条
件において１走査により産出されるパルス列が第１２図
に示されている。ｔｉＡａｆ、ｂｅ、ｃｈ。

ｄｇが取り付けられている物体の歪みは、連続するパル
ス間の遅れの変化から推定する事が出来、且つ対称条件
下で実行されるべきである。これはパルス対間の時間が
均一であることにより示され、そして、タイミングが均
一になるまで基準点０を動かすことにより実現される。

その時、ａ、ｂ等の二つの線間の走査により生成された
角度が出発時にはθであるが、物体の歪みにより、ｂが
ｂ＋へ動いて行く時にθ１に増大すれば、小さい角度θ
については歪みＳは ｓ　＝　−−１ θ で表わされ、ｈｃ又はｇｄの方向にある。

同様にして、線ａｆ又はｂｅの方向の歪みを測定する事
が出来る。１方向の歪みのみが必要である場合には、監
視するべき歪みの方向に応じて１対の線ａｆ、ｂｅ、又
はｈｃ、ｇｄを省略する事が出来る。

軌道走査の他の例では、楕円経路等の非円形経路をたど
って走査を行なう事が出来、その結果の解析は、第８．
９．１１及び１２図の円形走査により産出されるものと
同様である。共通π／２位相差正弦波源で直交鏡（図示
せず）を駆動することにより楕円走査を行なうことが出
来るが、その楕円の軸の比を発生させるために、一方の
鏡の駆動振幅を他方の鏡のそれとは異ならせる。その様
な鏡は、例えば、英国ミルトンキーンズのオートマチッ
クシステムズラボラトリーズ社（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＳ
ｙｓｔｅｍｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　Ｌｔｄ、　
Ｍｉｌｔｏｎ　Ｋｅｙｎｅｓ）がら市販されている。与
えられた走査周辺長についての楕円走査は、ビーム短軸
の付近、及び、該線が重なり合う物体上の面に沿うター
ゲット線に垂直な方向においてはコモンモード効果に対
しては割合に低い感度を持つことがある。パルス間の時
間を平均化することによってもコモンモード効果を最小
にする事が出来る。また、第１３図に示されている様に
鏡Ｍ＋　Ｍｚの回転軸を成る角度θだけターゲットの方
へ傾けることにより、第１０図に示されている構成を使
って楕円走査を行なう事が出来る。

この場合、イメージスポット速度は、該スポットが楕円
軌道を描くため一定ではないが、容易に予測する事が出
来る。例えば、第１４図に示されている様に、主軸Ｘ−
Ｘの遮断点ａ及びｂでの接線速度ｖｙは、第１０図の円
周速度Ｖｃに等しい。

しかし、短軸の遮断点Ｃ及びｄでの接線速度ＶｘはＶｃ
　ｃｏｓｅｃθに等しいが、これは、正規入射角を例外
としてＶｃより常に大きい。

楕円周囲でのヒポット速度のこの様な変化に拘らず、若
し主軸及び短軸が直交ターゲット線と一致する対称条件
が生じたならば、結果として得られるパルス列は、軌道
周波数の４倍の繰り返し速さで等間隔を置いた一連のパ
ルスから成る。

対応するターゲット線対により生成された連続するパル
ス間の遅れを監視することにより上記−致条件下で相対
変位（例えば歪み）が測定されると、スポット速度の変
化に起因する曖昧さは生じない。しかし、制御不能の絶
対変位条件下で相対変位を測定するときには、測定を楕
円の曲率の低い領域、即ちｅ、ｆ又はｇ、ｈ、のみに限
定するべきである。その理由は、連続するパルスの遅れ
の変化の割合がそれらの領域では最も小さいからである
。

２平行ターゲット線を使う相対変位測定が絶対（例えば
単一ターゲット線）変位測定に勝って持っている利益は
、平行ターゲット線はレーザー走査光学システムにおい
て不安定になりにくり、且つ、高温のターゲットに伴う
自然対流により生成される無秩序な屈折率の変化に鈍感
であるという点にある。単一ターゲット「絶対」変位測
定の場合には、上記不安定性の効果を最小にするために
例えば時間平均化等の信号処理が更に必要と成る。

第５図の走査域１３の端は、レーザービームの軌道走査
によって作り出す事が出来るので、軌道走査手順は、第
５図の手順にも使う事が出来る。

更に、第１５図に示されている様に、離れている二つの
構造部材７０．７２の相対変位を測定する必要があれば
、もう一つの突出部材７４の一端部を部材７０に固着し
て、他方の部材７２と重なり合う様に延在させる事が出
来る。突出部材７４に添えられたターゲット線７６が他
方の部材７２上の平行ターゲット線７８の付近に位置す
る様に配置され、斯くして前述のパルスタイミング解析
を利用することが可能となる。

若しレーザー自体を含むレーザー光学ヘッドの要素のい
ずれかが不安定となるか又は該要素間に相対運動があれ
ば、それが原因となって、処理される信号が不安定にな
ることがある。

レーザーは、熱効果に起因する何らかの空間的不安定性
の影響を受けて、一般にはレーザービームの１００マイ
クロラジアンの角度変位を生じさせることがあるという
ことで有名である。この変位の結果として、そのレーザ
ービームのアパーチャから１メ一トル離れているターゲ
ットに入射するレーザースポットが横に１００ミクロン
変位する。

レーザーを初めに暖めた後の空間的安定性が１００マイ
クロラジアンより小さい低出力「単相」Ｈｅ−Ｎｅレー
ザーを得ることが出来るので、不安定性の問題が生じな
い用途も多数存在する。他用途では、或は大出力レーザ
ー光源では、レーザーの不安定性を補償する方法が必要
となる。

レーザービームの熱的に誘起された空間的不安定性を補
償する一つの方法が第１６図に示されており、レーザー
光源８０から発射されたレーザービームは、調節可能な
ビームスプリンタ８２によって分割される。その分割さ
れたビームの一部分は、例えば４象限光センサー等の精
密位置検出器８４に向けられる。ビームの他の部分は振
動鏡８６によりターゲット８５に偏向される。ビームが
、検出器８４からのゼロ出力に対応する基準状態から横
方向に偏倚すると、検出器８４がら出力が発生し、該出
力がビームスプリッタ８２に供給されて、ビームスプリ
ッタ８２の角度位置を変更して該ビームを検出器８４上
の基準位置に復帰させる。第１６図の装置は、他の面で
は第１図の装置の同様に機能する。

また、レーザー光源の空間的不安定性（即ちビームのふ
らつき）の効果は、第１７図に示されている基準ターゲ
ット線を使って調節する事が出来る。第１７図において
、光源９ｏがらのビームは鏡９２により振動され、ビー
ムスプリンタ９４によって分割され、ビームの５０％は
試料ターゲット９５に進み、５０％は、光学走査組立体
ヘッド９８に包含されていて横に動くことの出来る基準
ターゲット９７に進む。

基準ターゲット９７とビームスプリンタ９４との間隔ｄ
は、平行に近い又は平行な鏡（図示せず）からの多重反
射を使う公知のビーム折り畳み技術により、試料ターゲ
ットの間隔りに匹敵する様に調節する事が出来る。

基準ターゲット９７及び試料ターゲット９５から散乱さ
れた光パルスは、それぞれ基準検出器１００及び試料検
出器１０２によって検出される。

鏡駆動制御装置（図示せず）及び基準ターゲット９７制
御装置（図示せず）を適宜調節することにより、基準タ
ーゲット９７及び試料ターゲット９５の両方に対称状態
を生じさせる。ここで、若しビームが対称からずれれば
、基準検出器１００からの対応する信号が鏡駆動制御装
置に供給されて元の対称状態を回復させる。次に試料タ
ーゲット９５がその対称状態から偏倚すると、基準ター
ゲット９７及び試料ターゲット９５からのパルス列が相
違することとなり、そして、ｄ及びＤについての知識と
、同一の試料ターゲツト９５パルス列を発生するために
基準ターゲット９７に加える必要のある調節量とからタ
ーゲット線の変位の大きさを推定する事が出来る。

対称状態は、低帯域濾波法などを使って容易に検出可能
ではあるけれども、走査による試料ターゲット９５のパ
ルス列を、タイミング法を使って基準ターゲット９７の
パルス列と直接比較することにより試料ターゲット９５
の変位を推定することが出来、この手順がビームのふら
つき等のコモンモード効果に鈍感であるので、実際には
その様な対称状態を確立する必要は無い。このシステム
では、自然対流効果は走査による基準ターゲット９７及
び試料ターゲットのパルス列に対して共通とはならず、
従って時間平均化等により調節されなければならない。

第１７図の構成には、他の用途がある。二つの物体の変
位を監視する必要がある時には、試料ターゲット９５を
一方の物体上に配置し、他のターゲットを基準ターゲッ
ト９７の代わりに他方の物体に配置して、第１５図の構
成に代えて第１７図の構成を用いる事が出来る。いずれ
の物体の変位も、前述の対称法又はパルスタイミング法
により検出する事が出来る。これにより、単一のレーザ
ー光源から二つの物体を監視する事が出来る。

レーザービームの使用と関連させて本発明を説明したけ
れども、例えば不透明な媒体を通すなど、光学的輻射が
不適当な場合には、他の形の輻射を使う事が出来る。そ
れは、超音波、中性子線、又はＸ線を含む。その様な場
合は、普通、不連続的形態の線を含み、これは不連続の
周囲との別様の輻射を散乱させる。その不連続を横切っ
て入射輻射ビームを走査する結果として生じる適切な散
乱輻射パルスを検出し、該パルスを解析することにより
、走査システムに対するその不連続の空間的位置を判定
する事が出来る。

超音波を適当な伝導媒体に使用する時には、前述の対称
法又は第２図の単線法を使って、例えば液状ナトリウム
中における構造又は部品の運動又は変位を実時間で監視
する事が出来る。この場合、超音波変換プローブにより
発生させた連続的超音波エネルギーのビームを金属反射
板に向ける事が出来る。適当な形状のプローブ又は反射
体によって、収束又はコリメーションをする事が出来る
。

ターゲット上の「スポット」としてエネルギーを集中さ
せれば有益ではあるが、第２図の対称法においては、ビ
ームが著しい中実軸最大値をもっている限りは、小さな
「スポット」を形成する必要は無い。

入射超音波エネルギーを、その表面上で優先的に散乱さ
せる鋭いエツジ又は何らかの不連続部等の、構造又は部
品上の何らかの自然の特徴をターゲットとする事が出来
る。また、例えば、輻射の波長より小さい寸法の断面寸
法を持っていて、入射する輻射の幾何学的反射よりもむ
しろ散乱を生じさせる様な線形の突起をターゲットとし
て構造上に付する事が出来る。幾何学的に反射される音
の場の外側に超音波検出器を軸外しに配置することによ
り、該検出器は散乱された輻射に対してのみ敏感となり
、対称法を使ってターゲット位置を判定する事が出来る
。

第１８図及び第１９図に示した様に、中性子、中性子フ
レネル帯板を使って収束し、或は適当な開口部を有する
中性子吸収体を使って平行にする事が出来る。第１８図
において、炭素遮蔽ブロック１１０は開口部１１２を有
し、これを通して入射中性子輻射１１４が平行にされる
。矢Ｘで示されている様に遮蔽ブロック１１０を横に変
位させると、−様な中性子ビーム１１６が線１１８を横
断して掃引することとなり（明確にするために誇張して
図示しである）、この線１１８は、周囲のベース１１９
とは別様に中性子と相互作用する材料から成っているの
で、検出される輻射は線１１８を特徴づける。それは、
例えば原子番号の小さい原子核で構成されていれば、中
性子の散乱を強める。また、中性子との相互作用から強
いＸ線を産出するターゲット材料を、恐らくは使用する
ことが出来、線１１８を横断するビーム走査の結果とし
て検出される散乱エネルギーパルスは、第１図に関して
説明したのと同様にして解析される。

第１９図において、中性子ビームを掃引する別の構成が
示されており、開口部１２２を有するホウ素遮蔽ブロッ
ク１２０が矢Ｙで示されている様に振動する様になって
いる。入射中性子輻射１２４は開口部１２２内の中性子
反射体又は減速材のライニング１２８により反射され、
遮蔽ブロック１２０が振動させられてゆく時、中性子ビ
ーム１２６が線１２８を横断して掃引する。線１１８か
ら散乱され検出されるエネルギーパルスは、第１８図に
関するのと同様の方法で解析される。

他のイオン化輻射、例えばＸｆ！など、を使い、特徴的
散乱Ｘ線を産出する様に線の材料を選択する事が出来る
。ターゲットからＸ線を産出させる事が出来、ターゲッ
トを振動又は変位させることにより、前記と同様にして
線を走査する事が出来る。収束又は平行化し且つ走査す
ることが出来、ターゲットからの散乱特性を該ターゲッ
ト周囲のそれと区別することの出来る他の輻射を利用す
ることも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するための装置の略図で
ある。 第２図は、監視するべき面上のターゲットに対するレー
ザービーム線形走査の範囲を示す図である。 第３図及び第４図は、該レーザービームの異なる平均走
査位置で得られるパルス列を示す。 第５図は、第２図の変形である。 第６図及び第７図は第５図の変形からのパルス列を示す
。 第８図ないし第１４図は、本発明の方法に従う軌道レー
ザー走査を示す。 第１５図は本発明の他の適用例を示す。 第１６図及び第１７図は、第１図の装置の変形を示す線
図である。 第１８図及び第１９図は、第１図の装置の代替装置を示
す線図である。 〜・１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ターゲット（１２、１２ａ、１１８）を横断して輻
   射のビームを繰り返し走査し、該ターゲット（１２、１
   ２ａ、１１８）から反射された輻射を受取り、その反射
   輻射を解析して該ターゲット（１２、１２ａ、１１８）
   の位置の変化を判定することを特徴とする、少なくとも
   一つのターゲット（１２、１２ａ、１１８）の位置を監
   視する方法。 ２、走査されるビームが前記物体上のターゲット（１２
   、１１８）を走査１回当り２回横断して、それからの対
   応反射輻射パルスを産生する様に、該ビームを基準軸に
   対して所定周波数で走査し、時間的に離れたパルスを検
   出手段（２６）で受取り、若し必要ならば該基準軸を調
   整して、受け取られるパルスを時間的にほぼ対称的とし
   、該ターゲット（１２、１１８）に伴う該基準軸の調整
   済み位置を記録し、その後、前記調整済み位置にある該
   走査基準軸で前記ターゲット（１２、１１８）の走査を
   繰り返し、該検出手段（２６）が受け取るパルスの対称
   性の喪失を検出することを特徴とする請求項１記載の方
   法。 ３、複数のターゲット（１２、１１８）を、目的とする
   面上に平行関係で分布させ、各ターゲット（１２、１１
   ８）について調整済み走査基準軸を導き出すために該タ
   ーゲット（１２、１１８）を初めに個別に走査し、各調
   整済み基準軸位置を記録し、その後、それぞれのターゲ
   ット（１２、１１８）について初めに導き出された調整
   済み位置にある走査基準軸で各ターゲット（１２、１１
   ８）を周期的に走査することを特徴とする１又は２記載
   の方法。 ４、該検出手段（２６）の出力の周波数解析により対称
   性検出を実行し、走査ビーム該基準軸を調整して、走査
   の周波数を含む狭い周波数帯域において該検出手段（２
   ６）の出力が最小となる調節の位置を判定することを特
   徴とする請求項２記載の方法。 ５、走査により楕円経路が画定されることを特徴とする
   １ないし４のいずれか一つに記載の方法。 ６、該楕円経路は円形経路を構成することを特徴とする
   請求項５記載の方法。 ７、二つ以上のターゲットを走査して、反射される輻射
   に対応するパルスを産出させ、前記パルス間の遅延時間
   を解析して該ターゲットのいずれの位置の変化をも判定
   することを特徴とする請求項１、又は請求項５、又は請
   求項６記載の方法。 ８、相互に垂直な少なくとも２本の線により、複数のタ
   ーゲットが提供されることを特徴とする請求項５、６又
   は７のいずれか一つに記載の方法。 ９、少なくとも２本の平行な線により複数のターゲット
   が提供されることを特徴とする請求項５ないし８のいず
   れか一つに記載の方法。 １０、該ビームが少なくとも一つのターゲット（１２、
   １１８）を横断してゆく時に産出されるパルスのパルス
   タイミング解析により非対称性を検出することを特徴と
   する請求項１ないし９のいずれか一つに記載の方法。 １１、走査経路がターゲット（１２ａ）を完全には横断
   しない様に二つのターゲット（１２ａ）を走査すること
   により、該ターゲット間の相対位置が変化すると、該タ
   ーゲット（１２ａ）のうちの少なくとも一つからの反射
   輻射パルスが変化することを特徴とする請求項１又は請
   求項５又は請求項６記載の方法。 １２、隣り合う反射輻射パルスエネルギーの振幅を比較
   して、該ターゲット（１２ａ）の初期位置からの該ター
   ゲット（１２ａ）の非対称性の程度を導き出すことを含
   むことを特徴とする請求項１１記載の方法。 １３、その後、各前記ターゲット（１２ａ）から同等の
   反射輻射を受け取る様になるまで走査の該基準中央位置
   を調整して該ターゲット（１２ａ）の位置の変化を導き
   出すことを特徴とする請求項１１、又は請求項１２記載
   の方法。 １４、該輻射ビームは、レーザー光源（１６、８０、９
   ０）からの光から成ることを特徴とする、上記請求項の
   いずれか一つに記載の方法。 １５、該光ビームは分割され、その一部分は該ターゲッ
   ト（８５、９５）を走査し、その他の部分は他のターゲ
   ット（８４、９７）に向けられてこれを走査することを
   特徴とする請求項１４記載の方法。 １６、少なくとも一つのターゲット（１２、１２ａ、１
   １８）の位置を監視するための装置であって、輻射のビ
   ームを少なくとも一つのターゲット（１２、１２ａ、１
   １８）に向ける手段と、該ターゲット（１２、１２ａ、
   １１８）を横切る様に該ビームを繰り返し走査する手段
   （１８、２０、４０、６０）と、該ターゲット（１２、
   １２ａ、１１８）から反射された輻射を検出する手段（
   ２６）と、該反射輻射を解析して該ターゲット（１２、
   １２ａ、１１８）の位置の変化を判定する手段（２８）
   と、を特徴とする装置。 １７、該走査手段は、所定周波数のほぼ対称的波形を有
   する駆動入力（２０）で駆動される振動反射体（１８）
   から成り、該反射体（１８）の振動の平均位置はビーム
   走査の該基準軸を画定し、該基準軸の位置の調整は、該
   反射体（１８）の適当な調整によって為されることを特
   徴とする請求項１６記載の装置。 １８、該走査手段は、制御可能な方法で回転する様に為
   された支持体の周囲に配置された複数の反射体から成る
   ことを特徴とする請求項１６記載の装置。 １９、輻射ビームは、光、中性子、又はＸ線、又は超音
   波から成ることを特徴とする請求項１５ないし１８のう
   ちのいずれか一つに記載の装置。 ２０、監視されるべき物体（１０、１１９）に輻射ビー
   ムを向けて、該ビームを所定周波数で該物体（１０、１
   １９）上のターゲット（１２、１１８）を横断する様に
   走査する手段（１６、１８、２０、４０、６０）が設け
   られ、該ターゲット（１２、１１８）からの反射輻射パ
   ルスを受け取る検出手段（２６）が設けられ、該検出手
   段（２６）は１走査サイクル当り２個の時間的に離れた
   反射パルスを該ターゲット（１２、１１８）から受取り
   、該検出手段（２６）に応答して、受け取られる反射パ
   ルスが互いにほぼ等間隔となるまで走査の平均位置を調
   整する手段（２０）が設けられ、該ターゲット　（１２
   、１１８）に伴う調整済み位置を記録する手段（３４）
   が設けられ、その後のターゲット（１２、１１８）走査
   において受け取られるパルスの等間隔関係を達成するた
   めに必要な平均位置を、その記録された平均位置と比較
   して該ターゲット（１２、１１８）の変位を検出する事
   が出来ることを特徴とする請求項１６記載の装置。 ２１、該調整手段は周波数選択的で、前記所定走査周波
   数に対応する周波数内容を持った該検出手段（２６）出
   力の成分に応答することを特徴とする請求項２０記載の
   装置。 ２２、該調整手段は、前記所定周波数に同調されて該検
   出手段（２６）の出力を受信する様に接続された狭帯域
   通過フィルタを含むことを特徴とする請求項２１記載の
   装置。 ２３、該走査手段（１８、２０）は、反射体（１８）か
   ら成り、該反射体（１８）を制御可能に振動させる手段
   （２０）を含むことを特徴とする請求項２０ないし２２
   のうちのいずれか一つに記載の装置。 ２４、該走査手段は、回転可能な支持体上に配置された
   少なくとも二つの反射体（Ｍ１、Ｍ２）から成り、該支
   持体を制御可能に回転させて該輻射ビームを軌道経路に
   沿って走査させる手段を含んでいることを特徴とする請
   求項２０ないし２２のうちのいずれか一つに記載の装置
   。 ２５、該反射体同士は直交関係にあり、該反射体は、楕
   円走査域を描くため、異なる駆動振動で駆動されること
   を特徴とする請求項２３、又は請求項２４記載の装置。 ２６、該走査手段（１８、２０）は、走査の基準中央位
   置を変化させるために変位可能であることを特徴とする
   請求項２３ないし２５のうちのいずれか一つに記載の装
   置。 ２７、該輻射ビームは、レーザー光線（１６、８０、９
   ０）からの光から成ることを特徴とする請求項１６ない
   し２６のうちのいずれか一つに記載の装置。 ２８、該輻射ビームを分割する手段（８２、９４）と、
   分割されたビームの各々をそれぞれのターゲットを横断
   させて走査させることを特徴とする請求項２７記載の装
   置。 ２９、少なくとも一つの前記ターゲット（１２、１２ａ
   ）は、ほぼ大気温度以上の温度で安定な、乱反射する白
   線から成ることを特徴とする請求項１４又は１５記載の
   方法、又は請求項２７又は２８記載の装置。 ３０、該輻射ビームは光、又は超音波、又は中性子線、
   又はＸ線から成ることを特徴とする請求項１ないし１３
   のうちのいずれか一つに記載の方法、又は請求項１６な
   いし２６のうちのいずれか一つに記載の装置。 ３１、該光ビームを通す様に為された光ファイバー装置
   を含むことを特徴とする請求項２７ないし３０のうちの
   いずれか一つに記載の装置。 ３２、該ビームを走査させるために該光ファイバー装置
   を変位させる手段を含むことを特徴とする請求項３１記
   載の装置。 ３３、該光ファイバー装置は、光ファイバー束から成り
   、該束をその両端間でスイッチングさせて該ビームを走
   査させる手段が設けられていることを特徴とする請求項
   ３１記載の装置。