光学演算を利用した高速非接触変位計の研究

近年の工業技術の急激な発達とそれに勝る要求の多様化から,微小変位を広範囲に渡って高精度に,かつ,高速に測定する技術が必要となってきている.これまでに,ホログラフィック素子であるゾーンプレート原器が距離の測定に応用できることに着目して,「ゾーンプレート原器を用いた距離測定法」を提案し,精度の良い測定が行えることを確認している.しかし,ここで開発を行った方法では,直接得られる出力が干渉縞画像となり,距離のデータを得るために計算機を用いて干渉縞の解析を行うことが必要であった.そのため,測定時間が長く,問題となっていた.本研究では,複雑で時間のかかる演算処理を光学的な演算で置き換えて測定を高速化することを目的として研究を行った.ゾーンプレート原器を用いた距離測定用干渉計によって得られる、距離の変化を示す干渉縞を高速に解析する方法として、レンズによる光学的フーリエ変換を利用することを提案し、実験を行った。キャリア成分を付加した距離変化を表わす干渉縞は、距離に比例してそのピッチが変化する。ここで得られる干渉縞をCCDカメラで撮影して、これを液晶パネルに表示し、そのフーリエ画像を観察したところ、スペクトルが距離に比例して移動することを確認した。また、この方法で移動方向も検出することができた。さらに、このスペクトルの移動をPSDによって検出することを検討したが、実験に用いた液晶の分解能が低いため、スペクトルの分離が完全には行えず、距離信号を直接得ることはできなかった。しかし、レンズによる光学的フーリエ変換を利用することで干渉縞の変化をビデオレートで取り出すことができたため、今後、スペクトルの分離に関して研究を行い、実験を継続して、変位計としての性能を評価していく予定である。

近年の工業技術の急激な発達とそれに勝る要求の多様化から,微小変位を広範囲に渡って高精度に,かつ,高速に測定する技術が必要となってきている.これまでに,ホログラフィック素子であるゾーンプレート原器が距離の測定に応用できることに着目して,「ゾーンプレート原器を用いた距離測定法」を提案し,精度の良い測定が行えることを確認している.しかし,ここで開発を行った方法では,直接得られる出力が干渉縞画像となり,距離のデータを得るために計算機を用いて干渉縞の解析を行うことが必要であった.そのため,測定時間が長く,問題となっていた.本研究では,複雑で時間のかかる演算処理を光学的な演算で置き換えて測定を高速化することを目的として研究を行った.ゾーンプレート原器を用いた距離測定用干渉計によって得られる、距離の変化を示す干渉縞を高速に解析する方法として、レンズによる光学的フーリエ変換を利用することを提案し、実験を行った。キャリア成分を付加した距離変化を表わす干渉縞は、距離に比例してそのピッチが変化する。ここで得られる干渉縞をCCDカメラで撮影して、これを液晶パネルに表示し、そのフーリエ画像を観察したところ、スペクトルが距離に比例して移動することを確認した。また、この方法で移動方向も検出することができた。さらに、このスペクトルの移動をPSDによって検出することを検討したが、実験に用いた液晶の分解能が低いため、スペクトルの分離が完全には行えず、距離信号を直接得ることはできなかった。しかし、レンズによる光学的フーリエ変換を利用することで干渉縞の変化をビデオレートで取り出すことができたため、今後、スペクトルの分離に関して研究を行い、実験を継続して、変位計としての性能を評価していく予定である。