JPS6269110A - 光学的歪計測方法 - Google Patents

光学的歪計測方法

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JPS6269110A
JPS6269110A JP20779585A JP20779585A JPS6269110A JP S6269110 A JPS6269110 A JP S6269110A JP 20779585 A JP20779585 A JP 20779585A JP 20779585 A JP20779585 A JP 20779585A JP S6269110 A JPS6269110 A JP S6269110A
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JP
Japan
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optical
light
phase
beat signal
distortion
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JP20779585A
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Kyoichi Deki
恭一 出来
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/241Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet by photoelastic stress analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods

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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】 Cmm上上利用分野〕 この発明は、Xeランプ、ハロゲンランプ等の各種管球
のガラス部材等の透光性物体に生ずる光学的歪を計測す
る方法に係り、特に、点灯中のランプの歪の時間的変化
(即ち、動的歪)あるいは管球に生ずる残留歪等を高精
度に計測する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
超高圧水銀灯、ノ10ゲンランプ、レーザ管等の各株管
球の製造において、ランプの動的歪′P残留歪等を迅速
に計測することは、極めて重要な課題である。
従来の光学的歪計としては、セナルモン補償法を利用し
たものがめる。第5図は、この歪「[の基本的な構成を
示す図である。試験光は、直線偏光子31t−介して透
光性物体62に人y=tされる。山元性物体′t−透過
しfc元は、174波長板33を介して検光子34に入
射される。もし透光性物体62に歪が存在しない場合に
は、う光性物体32は光学的に等方性媒買と見做すこと
ができる。一方、透光性物体52に蛍がある場合には、
光弾性効果によりX方向、y方向で刑折率が異なってく
る。
即ち、複屈折を生じる。従って、検光子34により検出
される光強度は、歪が存在しない場合に対して変化を生
ずる。この検出光強度の変化を検光子回転角として測定
することにより、歪量が計測されることが可能となる(
特開昭57−191504等に開示された歪計測方法も
大体これと同様のものである)。
このセナルモン補償法等を利用した従来の歪計では、被
測定情報は背散光の影)を大きく受け、点灯中のランプ
の動的歪をリアルタイムで、(Q 6111することは
不可能に近くデータ処理、測定操作が複雑である。また
、分解能も低い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、各t*管球の製造においては、ランプ点灯中
の歪の時間的変化を掲精度に計測したり、ランプの残留
歪と迅速に計測しかつデータ処理することは、極めて重
要な課題として求められている。符に、超閥圧水銀灯や
ハロゲンランプの仮装の原因健明には、残留歪の計測だ
けでなく、ランプの点灯高始1寺点からの各部の歪の時
間的変化、即ち、応力の動的キhを計測し解析すること
が重曹な問題となっている。
この発明は、こうした問題点に鑑みて、点灯中のランプ
の動的歪や残留歪等を迅速かつ高梢度に計測しうる歪、
fr側方法を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成するために、この発明では、管球のガラ
ス部材等の透光性物体の歪を計測する方法として、6光
性物体に周波数の異なる2光波を透過させた際に生ずる
光ビート信号が、物体の歪に基づく光弾性効果により、
位相のずれを生ずることを利用して、込元性′吻体の歪
量を検出して計測する。
また、特に尚技数のブ(なる2光波会+する光源として
、ゼーマン・レーザを用いる。
第1図は、この発明による光学的歪、ti 6111装
置−ffiの基本構成を示す図である。1は周波数の異
なる2光波を発生する光源、2は、TF測すべき透光注
籾体、3はU線’M光子(以F11−光子と称す)、4
は光検出器、5.’j:’υられた光ビート信号の位(
旧ずれを読み取る位相ずれ検出回路である。光源1とし
て安定化横ゼーマン・レーザを用いればよいことは菖う
までもない。また光ビート信号の位相ずれを1洸み取る
には、透光性物体2を通過して得られた光検出器4の出
力信号と、透光性物体2を通過しない光源固有の光ビー
ト信号6との間の位相差を位相ずれ検出回路5で読み取
ればよいことも言うまでもないであろう。
〔作 用〕
この発明によれば、被測定情報は、周波数の異なる2光
波から合成される光ビート信号中の位相ずれとして取り
出される。この光ビート信号は交流信号であり、電気信
号の収り扱いが谷易な周波数に設定でき、しかも直流信
号による計6111に比べて、外乱の影響を大きく軽減
することが可能となる。
また、光源として波長安定化横ゼーマン・レーザ(以下
5TZLと略称)を用いると、このレーザの出力ビーム
は単−縦モード発振でありながら発振周波数がわずかに
異なる2周波で発振するので、簡単な光学系で計σ1リ
システムを構成することが可能となる。即ち、単一光源
から周波数の異なる2光波全得るためには、光源からの
光をビーム・スプリッタで2光波に分離し、一方のビー
ムを同転格子、超音波ブラッグセル等の周波数シフタを
通過させて、周波数偏移させなければならず、光学系が
複雑になり、取扱いも複雑になる。このような周波数シ
フタ等が不必要となるので、光学系を簡単にすることが
可能となる。
なお、透光性物体に歪が存在しない場合には、rs光性
物体は光学的に等方性物質と見做すことができるので、
透光性物体を通過したことによって光ビート信号の位相
がずれることはない。この場合、光学的歪は0と求めら
れる。−万、透光性物体に歪が存在する場合には、X方
向と夕方向とで屈折率が異なってくる。このため光ビー
ムはifL父成分成分々で光路長が異なってくる。従っ
て、光検出器4からの光ビーHぎ号の位相と光源1固有
の光ビート信号の位相との間にずれが生じ、このずれが
透光性物体の歪fK対応する測定はとなる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例について説明する。
(光学的歪¥を副装置の実施例) 第2図は、この発明による光学的歪計側装置の最も好ま
しい実施例を示す図である。
この計測装置は、5TZL光源21、試験片としての消
光性物体22、偏光子25、レンズ24、NDフィルタ
25及び光検出器26からなる光学系と、オシロスコー
プ27、位相i¥i28.及びペンレコーダ29からな
る記録表示部で構成される。
S’I’ZL光ぶ21の出力ビームは、透光性物体22
、偏光子23を透過し、レンズ24で集光され、光検出
器26に入る。なお、NDフィルタ25は光検出器26
の利得の飽和を防ぐ減衰器として機能する。光検出器2
6で検波、増幅された光ビート信号は、位相ff128
と波形モニタ用のオシロスコープ27に入力される。一
方、5TZL光源21それ自体による元ビート信号は、
レーザ管後部からの漏れ光2本体内蔵のjt横出鼎で受
光することによって得られる。この光ビート信号も位相
計28に参照番号として入力され、また波形モニタ用の
オシロスコープ27にも入力される。位相計28は、前
ad 2つの元ビート信号の位41J差をパネルメータ
上に直接指示し、かつDC′11圧に変換し出力する。
このDC出力は、ペンレコーダ29に入力され、その時
間変化が記録される。
なお、位相frF2B自体の精度は±11°程蜜のもの
でよい。
(理論的考察) 以下の説明では、第1図を用いて行うが、その光源IF
i第2図に&ける如く5TzLI元源であるとして説明
t−進めて汀くことにする。
第1図に示されるような複数個の元学ぶ子を光波が通過
する場合の解析には、ジョーンズベクトルとジョーンズ
行列はft1Kが聞単になるので、よく用いられる。5
TZL光源の出力ビームに対するジョーンズベクトルα
は、 で表わされる。ここ釦Δωは Δω=ω2−ω1            −11;)
である。また、レーザビームの直交成分のそれぞれは、
座標軸x、yに一致しており、その角周波数は、それぞ
れω3.ω、である。さらにまた、計算の便宜上、J、
y成分の憑@は、それぞれ1に等しく、成分間で固有位
相差はないとして説明を進める。
次に透光性物体2のジョーンズ行列Rβ(司は、で表わ
される。ここでδは光学的リタデーションの値、βは進
相軸FがX軸となす角度とする。
一方、偏光子3のジョーンズ行列P、ii、で表わされ
る。S’l”Zl、光曽1からのビート6δ1りには1
.偏光子6の方位は、X軸から45° (または135
°)の角度に保持されなければならない。
偏光子5をrti遇したレーザ光に対するジョーンズベ
クトルα′は、 α′=P45・Rβ(句・α          −(
9)で求められる。
次に、光検出器4で検波された光強度1′は、工l:玉
詠−al−Q(1 で与えられる。ここで1株はンの転置共役ベクトルであ
る。具体的に計算すると I ′=r 1+ 4.&2β銑2β凋Δωt+(朗2
β−臂2β)(C出2β(3)(△ωを一δ)−3−2
β曲(Δωt+δ))−Uυ となる。実際の611]足においては、応力の方向が容
易に推察されることが多い。従って、応力の方向かは知
であると仮定して議論を進める。例えば、β=0のとき
、 ■’=1−)−cm(Δωを一δ)       −(
f2a)β=π/2のとき 工′=1+朗(Δωt+δ)       −(12b
)となる。
一方、(5)式より、5TZL光源目体から得られる光
ビート信号の光強匿工は、 エ=1−)−2+臥5(Δωt)          
    −(13)で与えられる。
従って、(121式とt13)式とを比較すると、光検
出器4で得られる光ビート信号と光源自体からイζすら
れる光ビート信号の位相差は、透光性物体のリタデーシ
ョンδそのものとなることが分かる。
なお、リタデーションδについて補足すると、δは、 δ=(2π/λ)C(σ□−σy)d    −CI旬
で与えられる。ここで、Cは光弾性定数、σよ。
σyばx、y方向の応力成分、dは透光性物体の厚みで
ある。01式により、δは常にσ、とσyの差に比例し
て現われる。従って、δを測定することにより、(σよ
−σy)を知ることが可能となる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、透
光性物体の光学的歪漬を周彼奴の異なる2光波から合成
される光ビート信号中の位相ずれとして(交流信号とし
て)取り出すことにより、機械的歪の屯気的取り汲いが
谷諭となり、背景光の影響等、外乱の影響を犬きく@減
できる。
また、光源として5TZL光源を用いることにより、簡
単な光学系で計測ンステムを構成することが可能となる
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明による光学的歪計測装置itの基本
構成を示す図、第2図は、この発明による光学的歪計測
装置の最も好−ましい実施例を示す図、第3図は、セナ
ルモン補償法を利用した従来の歪計の基本構成を示す図
である。 図において、1V′i′jt源、2は透光性物体、5は
偏光子、4は光侠出4.5は位相ずれ検出回路でめる。 代理人 弁理士 [ロ 北 嵩 晴 第1図 第2図 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)周波数の異なる2つの光波を用いて透光性の物体
    における歪量を計測する方法において、前記物体の歪量
    を、前記物体の歪に基づく光弾性効果により、前記物体
    を透過した前記光波によつて生ずる光ビート信号の位相
    のずれとして検出して計測することを特徴とする光学的
    歪計測方法。
  2. (2)2つの光波を発生する光源として、ゼーマン・レ
    ーザを用いることを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載の光学的歪計測方法。
  3. (3)検出した光ビート信号の位相のずれを、電気信号
    の位相差に変換して計測することを特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項または第(2)項記載の光学的歪計測
    方法。
JP20779585A 1985-09-21 1985-09-21 光学的歪計測方法 Pending JPS6269110A (ja)

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JP20779585A JPS6269110A (ja) 1985-09-21 1985-09-21 光学的歪計測方法
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DE3906119C2 (de) * 1988-04-08 1996-06-05 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung zum Messen polarisationsoptischer Gangunterschiede
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JPS60129633A (ja) * 1983-12-16 1985-07-10 Canon Inc 光フアイバ−センサ

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JPS60129633A (ja) * 1983-12-16 1985-07-10 Canon Inc 光フアイバ−センサ

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