(57)【要約】【目的】測定光の残留キャリア成分を低減し、精度よい振動状態の測定を行うことができるとともに画像品質を損なうことなくこれを視認することが出来るレーザドップラ振動計を提供する。【構成】振動センサから出射される測定光を、制御信号に基づいてＸ軸方向についての反射角度が調整される第１の可動型反射ミラーと、この第１の可動型反射ミラーより反射された振動センサからの測定光を、制御信号に基づいて上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向についての反射角度が調整される第２の可動型反射ミラーとからなる光学系と、その光軸が測定対象物に対して垂直となるとともに、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられ、この焦点からの光を光軸と同一方向に反射するとともに、測定対象物からの反射光を焦点に集光する放物面よりなる光反射面を有する反射手段を設けて構成した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発生されたレーザ光を基準光と測定光に分割し、この測定光を測定対象物に照射してその反射光を基準光と重ねて干渉させることにより、測定対象物の振動に応じた周波数シフト量を検出し、これにより振動状態を測定する振動センサと、
上記振動センサから出射される測定光を反射する、制御信号に基づいてＸ軸方向についての反射角度が調整されるよう設けられた第１の可動型反射ミラーと、この第１の可動型反射ミラーより反射された振動センサからの測定光を反射する、制御信号に基づいて上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向についての反射角度が調整されるよう設けられた第２の可動型反射ミラーと、からなる光学系と、
その光軸が測定対象物に対して垂直となるとともに、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられ、この焦点からの光を光軸と同一方向に反射するとともに、測定対象物からの反射光を焦点に集光する放物面よりなる光反射面を有する反射手段と、
を有することを特徴とするレーザドップラ振動計。
【請求項２】
上記反射手段は、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられたパラボラリフレクタよりなることを特徴とする、請求項１記載のレーザドップラ振動計。
【請求項３】
上記反射手段は、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられた凹面鏡よりなることを特徴とする、請求項１記載のレーザドップラ振動計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を測定対象に照射し、その反射レーザ光からドップラ効果により付加される振動成分を取り出すことにより、測定対象の振動状態を測定するレーザドップラ振動計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象物にレーザビームを照射して非接触で振動測定を行うこの種の装置は、例えば特開平１１−２８１４７１号公報に開示されるように、干渉計のレンズ−ミラー系がモータまたは圧電素子或いはその両方で動かされて、複数の測定点において振動測定を行うことができるよう構成されている。図４は、この種の振動計の構成を示す図であり、図において１は振動センサ、２は一対のガルバノメータミラーよりなる光学系、３は凸レンズ、４は測定対象物、５はＣＣＤカメラユニットである。
振動センサ１は、図示しない光源から発生されたレーザ光を基準光と測定光に分割し、この測定光を測定対象物に照射してその反射光を基準光と重ねて干渉させることにより、測定対象物の振動に応じた周波数シフト量を検出し、これにより振動状態を測定するよう構成されている。光学系２は、可動型反射ミラーである一対のガルバノメータミラー２１，２２よりなり、このガルバノメータミラーはそれぞれミラーを保持しているガルバノメータ（またはガルバノモータ）に所定の電圧（制御信号）を印加してその回転角度を変位させ、レーザ光の反射角度を調整するよう構成されている。また、Ｘガルバノメータミラー２１は、制御信号に応じてレーザ光のＸ方向の反射角度を調整し、このＸガルバノメータミラー２１のモータに対して９０度の角度をもって配置されるＹガルバノメータミラー２２は、制御信号に応じてレーザ光のＹ方向の反射角度を調整する。したがって、Ｘ，Ｙガルバノメータミラー２１，２２を制御することにより、振動センサ１から出力される測定光の照射位置をＸ，Ｙ軸方向に任意にコントロールすることが出来るよう構成されている。
【０００３】
Ｘガルバノメータミラー２１，Ｙガルバノメータミラー２２が、各々反射角度が９０度、即ち図においてはそれぞれ振動センサ１からの出力光に対して４５度をなす角度に位置づけられる状態を中立の位置（基準位置）とし、ミラーＭ２はこの状態でＹガルバノメータミラー２２からのレーザ光を測定対象物４に対して垂直に照射するように位置づけられている。また、この中立状態において、測定対象物４から反射するレーザ光は、入射したレーザ光と同じ経路で振動センサ１に測定光として入力される。
【０００４】
レンズ３は、光学系２の素子がそれぞれ中立位置にある状態で測定対象物に照射され、反射するレーザ光が、その中心に入射するよう位置づけられるとともに、この状態におけるＸガルバノメータミラー２１のレーザ光反射点が焦点となるように位置づけられている。これにより、光学系２が中立位置にある状態での測定光の経路が、レンズ３の光軸となる。これにより、ミラーＭ２からレンズ３に照射されるレーザ光は、レンズ３を通過するとこの光軸に平行となり、測定対象物４に対して垂直に照射される。すなわち、Ｘガルバノメータミラー２１およびＹガルバノメータミラー２２の姿勢を変化させて反射角度を変更しても、測定光は測定対象物４に垂直に照射され、その反射光は入射光と同じ経路で振動センサ１に入力されるよう構成されている。これにより、安定した測定が行えるよう構成されている。
【０００５】
また、この装置においては、測定対象物４にレーザ光が照射されている状態を視認するためのＣＣＤユニット５が設けられており、このＣＣＤユニット５は、ミラーＭ１とＸガルバノメータミラー２１のレーザ光経路上にハーフミラー５１を設置しこのハーフミラー５１より照射される光をミラーＭ３を介してＣＣＤカメラ５０に入射するよう構成されている。ＣＣＤカメラ５０には測定対象物４に照射されているレーザ光のビームスポットが映し出されるが、輝度が極めて高いこのビームスポットによるハレーションの発生を防ぐため、ハーフミラー５１から照射される光は、振動センサ１で使用されるレーザの波長のみを減光する減光フィルタ５２を介してＣＣＤカメラ５０に入力されるよう構成されている。
【０００６】
この装置において測定対象物４の振動状態を測定する場合、操作者は振動センサ１からのレーザスポットの照射位置をＣＣＤカメラ５０からの映像により確認しながらＸガルバノメータミラー２１およびＹガルバノメータミラー２２を調整し、これにより測定対象物４上の任意の位置にレーザ光を照射して、その振動状態を測定するよう構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の装置において、ミラーＭ２を介してレンズ３に入射される振動センサ１からのレーザ光は、一部レンズ３を透過しないでその表面で反射することとなるが、レンズ３の表面に対して角度を有して入射するレーザ光の場合は、このレンズ３の表面で反射する光は入射した経路に戻ることはないが、Ｘ，Ｙガルバノメータミラー２１，２２の何れもが中立状態にある場合においては、振動センサ１からのレーザ光はレンズ３に対して垂直に入射することになり、この時レンズ３の表面で反射する光は入射したした経路をそのまま戻ることになる。即ち、この状態においては、振動センサ１には測定対象物４から反射された反射光のみならず、このレンズ３の表面で反射した光も入力されることとなり、測定対象物４と同時にレンズ２の表面を検出することとなる。この測定対象物を検出した信号に対する不要なノイズ成分を、測定光の残留キャリア成分と呼び、この残留キャリア成分が大きい場合には、測定対象物４からの検出信号との比、即ちＳ／Ｎ比が小さくなり、測定そのものが十分行えなくなるといった不具合が生じることとなる。
また、Ｘ，Ｙガルバノメータミラー２１，２２の何れもが中立状態にある場合に、レンズ３から戻る反射光がハーフミラー５１を介してＣＣＤカメラ５０に入射されると、同じく入射される測定対象物４の表面からの反射光と干渉してレーザ光の波長の色（例えばＨｅ−Ｎｅ，赤色）のニュートンリングが現れ、画像の品質が損なわれるといった不具合も生じていた。
【０００８】
本発明はこれらの不具合を解決するためになされたもので、測定光の残留キャリア成分を低減し、精度よい振動状態の測定を行うことができるとともに画像品質を損なうことなくこれを視認することが出来るレーザドップラ振動計を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のレーザドップラ振動計においては、光源から発生されたレーザ光を基準光と測定光に分割し、この測定光を測定対象物に照射してその反射光を基準光と重ねて干渉させることにより、測定対象物の振動に応じた周波数シフト量を検出し、これにより振動状態を測定する振動センサと、この振動センサから出射される測定光を、制御信号に基づいてＸ軸方向についての反射角度が調整される第１の可動型反射ミラーと、この第１の可動型反射ミラーより反射された振動センサからの測定光を、制御信号に基づいて上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向についての反射角度が調整される第２の可動型反射ミラーとからなる光学系と、その光軸が測定対象物に対して垂直となるとともに、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられ、この焦点からの光を光軸と同一方向に反射するとともに、測定対象物からの反射光を焦点に集光する放物面よりなる光反射面を有する反射手段を設けて構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のレーザドップラ振動計を詳細に説明する。
図１は本発明のレーザドップラ振動計の構成を示す図で、上述の従来のレーザドップラ振動計と同等な構成については同一符号を以て示されている。
本発明のレーザドップラ振動計も、従来のレーザドップラ振動計と同様に、図示しない光源から発生されたレーザ光を基準光と測定光に分割し、この測定光を測定対象物４に照射してその反射光を基準光と重ねて干渉させることにより、測定対象物４の振動に応じた周波数シフト量を検出し、これにより振動状態を測定するよう構成された振動センサ１と、それぞれミラーを保持しているガルバノメータに所定の制御信号を印加してその回転角度を変位させ、レーザ光の反射角度を調整するよう構成された可動型反射ミラーである一対のＸ，Ｙガルバノメータミラー２１，２２よりなる光学系２、ならびに、測定対象物４にレーザ光が照射されている状態を視認するためのＣＣＤユニット５を有しており、Ｘガルバノメータミラー２１は、制御信号に応じてレーザ光のＸ方向の反射角度を調整し、このＸガルバノメータミラー２１のモータに対して９０度の角度をもって配置されるＹガルバノメータミラー２２は、制御信号に応じてレーザ光のＹ方向の反射角度を調整するよう構成されており、Ｘ，Ｙガルバノメータミラー２１，２２を制御することにより、振動センサ１から出力される測定光の照射位置をＸ，Ｙ軸方向に任意にコントロールすることが出来るよう構成されている。操作者は振動センサ１からのレーザスポットの照射位置をＣＣＤカメラ５０からの映像により確認しながらＸガルバノメータミラー２１およびＹガルバノメータミラー２２を調整し、これにより測定対象物４上の任意の位置にレーザ光を照射して、その振動状態を測定するよう構成されている。
【００１１】
本発明のレーザドップラ振動計においては、光学系２から照射される測定光を反射して測定対象物４にこれを照射するとともに、測定対象物４より反射される反射光を光学系２に照射する反射手段６として、放物面よりなる光反射面を有する光学素子を用いており、図１に示す本願発明の第１実施例においては、この光学素子として非軸パラボラリフレクタ６１を用いている。この非軸パラボラリフレクタ６１はパラボラリフレクタの一部分を切り取って形成されたものであり、図２に示されるように、その反射部から離れた光軸上に焦点を有し、光軸と平行に反射面へ入射される光をこの焦点に集光するとともに、この焦点から反射面へ入射される光を光軸と平行（同一方向）に反射するよう構成されている。
【００１２】
今、このパラボラリフレクタの光軸上の焦点が、非軸パラボラリフレクタ６１の機械軸、即ち放物面よりなる反射面の中心位置より距離ｄだけ離れているものとすると、本願発明のレーザドップラ振動計は、図１に示すように、Ｘガルバノメータミラー２１，Ｙガルバノメータミラー２２が各々反射角度が９０度、即ち振動センサ１からの出力光に対して４５度をなす角度に位置づけられる中立の位置にある場合に、振動センサ１から出力された測定光が、ミラーＭ１，Ｘガルバノメータミラー２１，Ｙガルバノメータミラー２２を介して非軸パラボラリフレクタ６１の放物面よりなる反射面の中心位置に照射されるように、且つ、この時のレーザ光の経路におけるＸガルバノメータミラー２１−Ｙガルバノメータミラー２２−非軸パラボラリフレクタ６１の距離が上記ｄと同じになる、即ちＸガルバノメータミラー２１のレーザ光反射点が、光学系２が中立の位置にある場合における非軸パラボラリフレクタ６１の焦点となるように、それぞれ位置づけられている。これにより、非軸パラボラリフレクタ６１の反射面に、その光軸と平行に入射された光はＸガルバノメータミラー２１の中心位置に集光され、且つ、Ｘガルバノメータミラー２１の中心点から放射状に発散した光は、非軸パラボラリフレクタ６１の反射面よりその光軸と平行に照射されることとなる。
【００１３】
本願発明のレーザドップラ振動計においては、以上の構成により測定対象物４に対して振動センサ１の測定光を垂直に照射することができ、その反射光はもとのレーザ光と同じ経路で振動センサ１に測定光として入力されるよう構成されている。また、従来の装置と違い、凸レンズといった透過型屈折の光学部品を用いないので、振動センサ１から出力された測定光が反射手段６に反射して直接振動センサ１に入力されることがなく、従来問題であった測定対象物４からの反射光以外の反射光が入力されることによる残留キャリア成分を抑えることが可能となる。
また、レンズ表面によるレーザ光の表面反射がないので、ＣＣＤカメラユニット５に入力される反射光の干渉によるニュートンリングの発生といった画像品質の低下という問題を生じることもない。
【００１４】
図３は、反射手段６の光学素子として凹面鏡６２を用いた本発明の第２実施例を示している。
凹面鏡は一般に、無限遠方向より入射される平行光をその光軸上の焦点に集光する用途で用いられるものであるが、本願発明の場合、凹面鏡６２は上述の第１実施例と同じく光学系２が中立の位置にある場合におけるＸガルバノメータミラー２１のレーザ光反射点がその焦点となるとともに、この場合におけるレーザ光の経路に対して光軸が所定の角度θを有するように位置づけられる。これにより、凹面鏡６２の反射面に、その光軸と平行に入射された光はＸガルバノメータミラー２１の中心位置に集光され、且つ、Ｘガルバノメータミラー２１の中心点から放射状に発散した光は、凹面鏡６２の反射面よりその光軸に対してθ度の角度を有して反射して、測定対象物４に垂直に照射されることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明のレーザドップラ振動計においては、光源から発生されたレーザ光を基準光と測定光に分割し、この測定光を測定対象物に照射してその反射光を基準光と重ねて干渉させることにより、測定対象物の振動に応じた周波数シフト量を検出し、これにより振動状態を測定する振動センサと、この振動センサから出射される測定光を、制御信号に基づいてＸ軸方向についての反射角度が調整される第１の可動型反射ミラーと、この第１の可動型反射ミラーより反射された振動センサからの測定光を、制御信号に基づいて上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向についての反射角度が調整される第２の可動型反射ミラーとからなる光学系と、その光軸が測定対象物に対して垂直となるとともに、上記第１の可動型反射ミラーが振動センサからの測定光を反射する点を焦点とするよう位置づけられ、この焦点からの光を光軸と同一方向に反射するとともに、測定対象物からの反射光を焦点に集光する放物面よりなる光反射面を有する反射手段を設けて構成したので、測定光の残留キャリア成分を低減し、精度よい振動状態の測定を行うことができるとともに画像品質を損なうことなくこれを視認することが出来るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザドップラ振動計の構成を示す図である。
【図２】非軸パラボラリフレクターを示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す図である。
【図４】従来のレーザドップラ振動計の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　　振動センサ
２　　　光学系
３　　　凸レンズ
４　　　測定対象物
５　　　ＣＣＤカメラユニット
６　　　反射手段
【図１】
2004117001.tif 000003
【図２】
2004117001.tif 000004
【図３】
2004117001.tif 000005
【図４】
2004117001.tif 000006