(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤上の測定対象物を計測するレーザドップラ振動計であって、
前記基盤に対して固定された基体と、
計測部と、
前記基体に連結された弾性要素と
前記基体に連結された減衰要素と、
前記基体に固定されたミラーとを有し、
前記弾性要素と前記減衰要素は並列に前記計測部を支持しており、
前記計測部は、前記測定対象物に測定光を照射し、前記ミラーに参照光を照射し、前記測定対象物で反射した前記測定光の反射光と前記ミラーに照射した前記参照光の反射光とを干渉させ、前記測定光の反射光と前記参照光の反射光との干渉光に含まれるビート信号に基づいて前記測定対象物の動きを計測することを特徴とするレーザドップラ振動計。
【請求項２】
基盤上の測定対象物を計測するレーザドップラ振動計であって、
前記基盤に対して固定された基体と、
計測部と、
前記基体に連結された弾性要素と
前記基体に連結された減衰要素と、
前記基盤上に載置されるミラーとを有し、
前記弾性要素と前記減衰要素は並列に前記計測部を支持しており、
前記計測部は、前記測定対象物に測定光を照射し、前記ミラーに参照光を照射し、前記測定対象物で反射した前記測定光の反射光と前記ミラーに照射した前記参照光の反射光とを干渉させ、前記測定光の反射光と前記参照光の反射光との干渉光に含まれるビート信号に基づいて前記測定対象物の動きを計測することを特徴とするレーザドップラ振動計。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザドップラ振動計であって、
前記基体と前記弾性要素と前記減衰要素と前記計測部とは、前記基盤に発生する振動の周波数帯において、相対変位伝達率がほぼ１となるサイズモ系を構成していることを特徴とするレーザドップラ振動計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザドップラ振動計の計測精度を向上する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザドップラ振動計の計測精度を向上する技術としては、接触型振動計をレーザドップラ振動計に固定し、レーザドップラ振動計で測定した測定対象物の振動から接触型振動計で測定に用いたレーザドップラ振動計の振動をキャンセルすることにより、レーザドップラ振動計で測定した測定対象物の振動に含まれる暗振動の成分を除去する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４-１８４３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレーザドップラ振動計で測定した測定対象物の振動から接触型振動計で測定に用いたレーザドップラ振動計の振動をキャンセルする技術によれば、測定対象物の振動の計測にレーザドップラ振動計の他に接触型振動計が必要となるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、他の振動計を必要とせずに、暗振動の成分を含まない、測定対象物自身の振動を計測することのできるレーザドップラ振動計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題達成のために、本発明は、基盤上の測定対象物を計測するレーザドップラ振動計を、前記基盤に対して固定された基体と、計測部と、前記基体に連結された弾性要素と前記基体に連結された減衰要素と、前記基体に固定されたミラーとを含めて構成したものである。ただし、前記弾性要素と前記減衰要素は並列に前記計測部を支持するものである。また、前記計測部は、前記測定対象物に測定光を照射し、前記ミラーに参照光を照射し、前記測定対象物で反射した前記測定光の反射光と前記ミラーに照射した前記参照光の反射光とを干渉させ、前記測定光の反射光と前記参照光の反射光との干渉光に含まれるビート信号に基づいて前記測定対象物の動きを計測するものである。
【０００７】
また、前記課題達成のために、本発明は、基盤上の測定対象物を計測するレーザドップラ振動計を、前記基盤に対して固定された基体と、計測部と、前記基体に連結された弾性要素と前記基体に連結された減衰要素と、前記基盤上に載置されるミラーとを含めて構成したものである。ただし、前記弾性要素と前記減衰要素は並列に前記計測部を支持するものである。また、前記計測部は、前記測定対象物に測定光を照射し、前記ミラーに参照光を照射し、前記測定対象物で反射した前記測定光の反射光と前記ミラーに照射した前記参照光の反射光とを干渉させ、前記測定光の反射光と前記参照光の反射光との干渉光に含まれるビート信号に基づいて前記測定対象物の動きを計測するものである。
【０００８】
とするレーザドップラ振動計。
ここで、以上のレーザドップラ振動計は、より具体的には、前記基体と前記弾性要素と前記減衰要素と前記計測部とは、前記基盤に発生する振動の周波数帯において、相対変位伝達率がほぼ１となるサイズモ系を構成するものである。
【０００９】
以上のようなレーザドップラ振動計によれば、前記測定光の反射光と前記参照光の反射光の双方に、基盤の暗振動によるドップラシフトが同様に発生するので、両反射光の干渉により、測定光の反射光に測定対象物自身の振動によるドップラシフトの成分と共に含まれる、基盤の暗振動によるドップラシフトの成分を除去したビート信号を生成することができる。そして、このビート信号に基づいて、測定対象物の振動の計測を行うことにより、暗振動の影響を排除した測定対象物の振動の計測が実現される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、他の振動計を必要とすることなしに、暗振動の成分を含まない、測定対象物自身の振動を計測することのできるレーザドップラ振動計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザドップラ振動計の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザドップラ振動計のサイズモ系の相対変位伝達率を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るレーザドップラ振動計の光学干渉系の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザドップラ振動計の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザドップラ振動計の光学干渉系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るレーザドップラ振動計の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本第１実施形態に係るレーザドップラ振動計の構成を示す。
図示するように、レーザドップラ振動計１は、定盤１０に磁石などにより固定されるスタンド８と、スタンド８に支持された基礎枠２と、計測装置３とを備えている。また、計測装置３には、信号処理部３１と干渉光学系３２が収容されている。ただし、信号処理部３１は、計測装置３と分離して設けてもよい。
【００１３】
そして、計測装置３はガイドレール４に沿って上下方向にのみ移動可能に基礎枠２の内部に収容されており、基礎枠２は、バネなどの弾性要素部材５とダンパなどの減衰要素部材６で並列に計測装置３を支えている。
【００１４】
また、基礎枠２の内部には、暗振動検出用ミラー７が固定されており、暗振動検出用ミラー７には計測装置３の干渉光学系３２より参照光が照射される。
また、計測装置３の干渉光学系３２より、定盤１０の上に載せ置かれた測定対象物１１に測定光が照射される。
ここで、このような構成において、基礎枠２と計測装置３と弾性要素部材５と減衰要素部材６は、計測装置３を質量要素、弾性要素部材５を弾性要素、減衰要素部材６を減衰要素とするサイズモ系を構成している。
【００１５】
そして、このサイズモ系の固有振動数ω0は、想定される暗振動の周波数Fbの周波数帯（たとえば、モータや車両等により発生する振動の周波数帯）に比べ、充分に小さくなるように、計測装置３の質量ｍや、弾性要素部材５のばね定数ｋや、減衰要素部材６の減衰係数ｃは設定されている。
【００１６】
ここで、図２ａに示すように筐体Ｆに質量ｍが弾性要素ｋと減衰要素ｃで支えられているサイズモ系における、筐体Ｆの質量ｍに対する変位ｘの、空間に対する筐体の変位ｙに対する比である相対変位伝達率は、図２ｂに一例として減衰比ξが0.1の場合について示したように、固有振動数ω0に対して充分に大きい周波数帯において、ほぼ１となる。すなわち、固有振動数ω0に対して充分に大きい周波数帯において、質量ｍは筐体Ｆの変位と無関係に空間に静止する状態となる。
したがって、本レーザドップラ振動計１のサイズモ系の固有振動数ω0を、想定される暗振動の周波数Fbの周波数帯より充分に小さくなるように設定することにより、暗振動の周波数帯における相対変位伝達率をほぼ１とし、定盤１０の暗振動に連動する基礎枠２の振動に対して発生する計測装置３の振動を、基礎枠２の振動に対して充分に小さくすることができる。そして、この結果、計測装置３は実質的に暗振動の影響を受けなくなり、計測装置３から、基礎枠２の振動として暗振動を観測できるようになる。
【００１７】
次に、図３に、計測装置３の内部の構成を示す。
図示するように、計測装置３に収容された光学干渉系は、レーザ光源３２１、第１ビームスプリッタ３２２、第２ビームスプリッタ３２３、第３ビームスプリッタ３２４、ミラー３２５、音響光学素子３２６、光検出器３２７、測定光用対物レンズ３２８、参照光用対物レンズ３２９とを備えている。
【００１８】
ここで、レーザ光源３２１から出射された周波数f0の測定光は、第１ビームスプリッタ３２２で二分される。
そして、第１ビームスプリッタ３２２で二分された一方のビームは、音響光学素子３２６に入射する。音響光学素子３２６は信号処理部３１から入力する周波数fMの参照信号を用いて、第１ビームスプリッタ３２２から入射した測定光の周波数をfMシフトし、周波数f0+fMの参照光として出射する。そして、音響光学素子３２６から出射された参照光は、ミラー３２５で反射し、第３ビームスプリッタ３２４を通過して、参照光用対物レンズ３２９によって、基礎枠２に固定された暗振動検出用ミラー７に照射される。暗振動検出用ミラー７に照射された参照光は、暗振動検出用ミラー７で反射し、暗振動検出用ミラー７が固定されている基礎枠２の暗振動、すなわち、測定対象物１１が固定されている定盤１０の暗振動によるドップラシフトを受ける。そして、暗振動によるドップラシフトによる周波数シフト量をf1として、暗振動検出用ミラー７で反射した参照光f0+fM+f1は、参照光用対物レンズ３２９によって、第３ビームスプリッタ３２４に送られ、第３ビームスプリッタ３２４で反射し光検出器３２７に入射する。
【００１９】
一方、第１ビームスプリッタ３２２で二分された他方の周波数f0のビームは、第２ビームスプリッタ３２３を通過して測定光用対物レンズ３２８に測定光として入射し、測定光用対物レンズ３２８によって測定対象物１１に照射される。測定対象物１１に照射された測定光は、測定対象物１１で反射し、測定対象物１１自身の振動と測定対象物１１が載せ置かれている定盤１０の暗振動とによるドップラシフトを受ける。そして、測定対象物１１自身の振動によるドップラシフトの周波数シフト量をfd、定盤１０の暗振動によるドップラシフトの周波数シフト量をf1として、測定対象物１１で反射した測定光f0+fd+f1は、測定光用対物レンズ３２８によって、第２ビームスプリッタ３２３に送られ、第２ビームスプリッタ３２３で反射し、第３ビームスプリッタ３２４を通過して光検出器３２７に入射する。
【００２０】
そして、光検出器３２７は、第３ビームスプリッタ３２４からの入射光を検出し、検出信号を信号処理部３１に送る。
ここで、光検出器３２７において、第３ビームスプリッタ３２４からの入射光を検出した信号中には、暗振動検出用ミラー７で反射した周波数f0+fM+f1の参照光と、測定対象物１１で反射した周波数f0+fd+f1の測定光との干渉による周波数fM-fdのビート信号が観測される。
【００２１】
そこで、信号処理部３１は、光検出器３２７で検出した信号中のビート信号を参照信号の周波数fMでFM復調して周波数fdを検出し、周波数fdに基づいて測定対象物１１の速度などの運動を計測する。なお、計測した速度より、測定対象物１１の加速度や、変位も演算によって求めることができる。
【００２２】
このように光検出器３２７で検出した信号中のビート信号は、測定対象物１１で反射した周波数f0+fd+f1の測定光に含まれる暗振動によるドップラシフトによる周波数シフト量f1による影響が除去された周波数fM-fdのビート信号として得られる。よって、信号処理部３１において、暗振動の影響を排除した形態で、測定対象物１１自身の速度などの動きを計測することができる。
【００２３】
以上、本発明の第１実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４に本第２実施形態に係るレーザドップラ振動計１の構成を、図５に本第２実施形態に係る計測装置３の内部の構成を示す。本第２実施形態に係るレーザドップラ振動計１は、上述した第１実施形態に係るレーザドップラ振動計１と、暗振動検出用ミラー７を基礎枠２に固定する代わりに定盤１０の上に載置または磁石等により固定し、定盤１０の上の暗振動検出用ミラー７に、計測装置３の干渉光学系３２より参照光を照射するようにした点のみが異なる。
【００２４】
このような第２実施形態に係るレーザドップラ振動計１によっても、測定対象物１１で反射した周波数f0+fd+f1の測定光に含まれる暗振動によるドップラシフトによる周波数シフト量f1による影響が除去された周波数fM-fdのビート信号を生成し、暗振動の成分を含まない、測定対象物１１自身の速度等を計測することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１…レーザドップラ振動計、２…基礎枠、３…計測装置、４…ガイドレール、５…弾性要素部材、６…減衰要素部材、７…ミラー、８…スタンド、１０…定盤、１１…測定対象物、３１…信号処理部、３２…干渉光学系、３２１…レーザ光源、３２２…第１ビームスプリッタ、３２３…第２ビームスプリッタ、３２４…第３ビームスプリッタ、３２５…ミラー、３２６…音響光学素子、３２７…光検出器、３２８…測定光用対物レンズ、３２９…参照光用対物レンズ。
【図１】
0006450285.tif 000002
【図２】
0006450285.tif 000003
【図３】
0006450285.tif 000004
【図４】
0006450285.tif 000005
【図５】
0006450285.tif 000006