特許 6413596 共振周波数測定システム、共振周波数測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6413596

(24)【登録日】2018年10月12日

(45)【発行日】2018年10月31日

(54)【発明の名称】共振周波数測定システム、共振周波数測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01H 9/00 20060101AFI20181022BHJP

【ＦＩ】

   G01H9/00 C

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-208936(P2014-208936)

(22)【出願日】2014年10月10日

(65)【公開番号】特開2016-80390(P2016-80390A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】野田 隆一郎

(72)【発明者】

【氏名】吉田 隆司

【審査官】 山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特表平１０−５０３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５７５３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−３４０７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１０４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２３３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３６５８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｈ １／００ − １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１本の入射ビームを対物レンズを介して測定対象物に照射し、前記入射ビームの周波数と前記測定対象物からの反射ビームの周波数との差に基づいて、前記測定対象物の速度に比例する速度信号を出力するレーザドップラー振動計と、
前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸が重なる第１の位置と、前記入射ビームと光軸とがずれた第２の位置とに、前記入射ビームと直交する面で移動させるレンズ移動機構と、
前記測定対象物を振動させる加振器と、
前記加振器の加振周波数を所定周波数範囲で走査させる加振周波数走査部と、
前記速度信号から得られる振幅指標値を加振周波数毎に算出する振幅指標値算出部と、
前記第１の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値に基づいて、前記対物レンズの光軸方向の共振周波数を測定し、前記第２の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸と直交する方向の共振周波数を測定する共振周波数測定部と、
を備えたことを特徴とする共振周波数測定システム。

【請求項2】

前記共振周波数測定部は、前記第１の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値の極大値に対応する加振周波数を前記対物レンズの光軸方向の共振周波数と測定し、前記第２の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値の極大値に対応する加振周波数のうち、前記光軸方向の共振周波数以外の加振周波数を前記対物レンズの光軸と直交する方向の共振周波数と測定することを特徴とする請求項１に記載の共振周波数測定システム。

【請求項3】

１本の入射ビームを対物レンズを介して測定対象物に照射し、前記入射ビームの周波数と前記測定対象物からの反射ビームの周波数との差に基づいて、前記測定対象物の速度に比例する速度信号を出力するレーザドップラー振動計を利用した共振周波数測定方法であって、
前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸が重なる位置に配置する第１ステップ、
前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第２ステップ、
前記第２ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値に基づいて、前記対物レンズの光軸方向の共振周波数を測定する第３ステップ、
前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸がずれた位置に、前記入射ビームと直交する面で移動させる第４ステップ、
前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第５ステップ、
前記第５ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記第３ステップで得られた前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸と直交する第１方向の共振周波数を測定する第６ステップ、
を有することを特徴とする共振周波数測定方法。

【請求項4】

前記対物レンズを、前記入射ビームの前記対物レンズにおける照射位置が、前記対物レンズの光軸を中心に９０度回転させた位置になるように、前記入射ビームと直交する面で移動させる、あるいは、前記測定対象物を前記対物レンズの光軸と直交する面で９０度回転させる第７ステップ、
前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第８ステップ、
前記第８ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記第３ステップで得られた前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸および前記第１方向と直交する方向の共振周波数を測定する第９ステップ、
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の共振周波数測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共振周波数測定システムに係り、特に、レーザドップラー振動計を利用した共振周波数測定システムおよび共振周波数測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の振動を測定する装置としてレーザドップラー振動計が知られている。レーザドップラー振動計は、所定周波数成分のレーザ光を移動している物体に当てると、移動物体の持つ速度成分に比例して周波数が変化するという光ドップラ効果を利用するもので、照射光の周波数と移動物体からの戻り光との周波数の差に基づく信号により、移動物体の速度に比例した信号を出力する装置である。

【0003】

図８を参照して、レーザドップラー振動計の基本原理について説明する。本図において、振動する測定対象物５２０の速度を測定するレーザドップラー振動計５００は、レーザ光源５０１から周波数ｆ０のレーザビームを出射する。レーザ光源５０１は、装置外部に設けてもよい。このレーザビームは、ビームスプリッタ５０２により２系統に分割され、一方のビームは、対物レンズ５１０を介して測定対象物５２０の振動面に垂直に当てられる入射ビームとなり、もう一方のビームは、ＡＯＭ（音響工学変換器）等で構成された周波数シフタ５０３でｆＭの周波数シフトが与えられ、周波数ｆ０＋ｆＭの参照ビームとなる。参照ビームは、ビームスプリッタ５０６を介して受光器５０７に入射する。

【0004】

測定対象物５２０の表面で散乱された光は、対物レンズ５１０で集光され、ビームスプリッタ５０４、ミラー５０５、ビームスプリッタ５０６を介して、反射ビームとして受光器５０７に入射する。反射ビームは、測定対象物５２０のその瞬間の速度Ｖｚに応じたドップラシフトを起こしており、周波数ｆ０±ｆＤとなっている。

【0005】

受光器５０７では、反射ビームと参照ビームとの干渉によりビート周波数ｆＭ±ｆＤの干渉信号が観測される。干渉信号は、速度算出部５０８により、ドップラシフトした周波数成分だけ取り出され、ＦＭ復調によって測定対象物５２０の速度Ｖｚに応じた電圧信号に変換される。速度算出部５０８以外の構成で光学ヘッドを構成しており、速度算出部５０８は、信号変換系として装置外部に設けてもよい。

【0006】

上述の基本的な構成では、入射ビームと同方向の振動、いわゆる面外振動のみが測定対象となる。近年では、測定対象物が小型化、高精度化するのに伴い、面外振動に加え、面外振動と直交する方向の面内振動も測定する必要性が高まっている。そこで、図９（ａ）に示すように、ヘッドＢｚ、ヘッドＢｚｘ、ヘッドＢｚｙの３本の光学ヘッドを用いて測定対象物５２０の面外振動速度Ｖｚと、面内振動速度Ｖｘ、Ｖｚを測定することが行なわれている。

【0007】

図９（ｂ）に示すように、３本の光学ヘッドのうち、ヘッドＢｚは、従来の入射ビームと同様に面外振動と同じ方向（ｚ方向）にビームが入射するように配置し、ヘッドＢｚｘ、ヘッドＢｚｙは、それぞれｚｘ方向、ｚｙ方向の角度を持ってビームが入射するように配置する。このとき、３つのビームが測定対象物５２０の表面の１点で集光するようにする。

【0008】

このような構成により、ヘッドＢｚが測定した速度Ｖｚ、ヘッドＢｚｘが測定した速度Ｖｚｘ、ヘッドＢｚｙが測定した速度Ｖｚｙ、ヘッドＢｚとヘッドＢｚｘとの角度φ、ヘッドＢｚとヘッドＢｚｙとの角度ψを用いてベクトル演算を行なうことで、面外振動速度Ｖｚ、面内振動速度Ｖｘ、Ｖｚを求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平７−１２０３０４号公報

【特許文献2】特開２００８−１０１９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

図１０は、１本の光学ヘッドを有する基本的な構成のレーザドップラー振動計５００を、測定対象物５２０の共振周波数を測定する装置に適用した場合を示すブロック図である。本図に示すように、レーザドップラー振動計５００の光出入口５０９から出射された入射ビームは、対物レンズ５１０の中心に入射し、対物レンズ５１０を介して測定対象物５２０に照射される。このとき、測定対象物５２０の表面で入射ビームが集光するように、対象物移動機構５４０によって測定対象物５２０のｚ方向の位置が調整される。なお、光軸方向をｚ方向としている。

【0011】

測定対象物５２０は、加振器５３０により加振され、ｚ方向に振動する。測定対象物５２０の表面で散乱した光は、対物レンズ５１０で集光され、反射ビームとしてレーザドップラー振動計５００の光出入口５０９に入射する。

【0012】

反射ビームの周波数は、ｚ方向の速度Ｖｚに応じたドップラシフトを起こしているため、速度Ｖｚがレーザドップラー振動計５００により短周期で測定される。加振器５３０は、ネットワーク・アナライザ５５０の加振周波数走査部５５２が、所定範囲の振動周波数を走査させる。この走査範囲には、測定対象物５２０の共振周波数が含まれるようにする。ネットワーク・アナライザ５５０は、高周波数特性を測定する測定器であり、ＦＦＴアナライザ等を用いてもよい。

【0013】

測定対象物５２０は、加振器５３０により振動するが、その変位の振幅は共振周波数で最大となる。このため、変位の振幅が最大となる加振周波数が測定対象物５２０の共振周波数であると判定することができる。

【0014】

レーザドップラー振動計５００が測定する速度Ｖｚは、ネットワーク・アナライザ５５０の振幅指標値算出部５５１に入力され、加振周波数毎に振幅指標値が算出される。振幅指標値は、変位の振幅に応じた値を示す指標値であり、例えば、速度Ｖｚの振幅を用いることができる。速度Ｖｚの振幅は、逐次得られる速度Ｖｚの測定値から比較的容易に算出することができ、変位の振幅が大きいほど大きな値となるとなるため、振幅指標値として適している。

【0015】

この結果、図１０の右上に示すように、走査範囲内の周波数毎に振幅指標値をプロットすることができ、最大の振幅指標値となる周波数を測定対象物５２０の共振周波数と判定することができる。

【0016】

共振周波数の代表的な測定対象物として梁型の振動子があげられる。梁型の振動子は、加わる歪みの大きさにより共振周波数が変化するため、例えば、差圧伝送器のセンサとして用いられる。この場合、Ｑ値を高めるため振動子は真空室に配置される。

【0017】

従来、梁型の振動子を含めた共振周波数の測定対象物は、図１０に示すように、ｚ方向の面外振動を測定すれば足りた。しかしながら、上述のように測定対象物が小型化、高精度化するのに伴い、面外振動に加え、面外振動と直交する一方向の振動も測定する必要性が高まっている。ここで、面外振動と直交する一方向としたのは、一般に梁に平行な方向の振動は問題とならないためである。

【0018】

このため、３本のヘッドで測定した速度に基づいて面外振動、面内振動を測定するレーザドップラー振動計を、共振周波数を測定する装置に適用することが考えられる。

【0019】

この場合、２方向の速度を検出すればよいため、２本のヘッドで足りるが、複数本の光学ヘッドが必要なため基本的な構成よりもコスト高となってしまう。また、複数本のレーザを測定対象物の表面の１点で集光しなければならず、調整が困難であるのに加え、複雑なベクトル演算も必要となる。

【0020】

このため、１本の光学ヘッドのレーザドップラー振動計を利用して、面外振動に加え、面内振動の共振周波数を測定できることが望まれる。そこで、本発明は、１本の光学ヘッドのレーザドップラー振動計を利用して、面外振動に加え、面内振動の共振周波数を測定できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0021】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の共振周波数測定システムは、１本の入射ビームを対物レンズを介して測定対象物に照射し、前記入射ビームの周波数と前記測定対象物からの反射ビームの周波数との差に基づいて、前記測定対象物の速度に比例する速度信号を出力するレーザドップラー振動計と、前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸が重なる第１の位置と、前記入射ビームと光軸とがずれた第２の位置とに、前記入射ビームと直交する面で移動させるレンズ移動機構と、前記測定対象物を振動させる加振器と、前記加振器の加振周波数を所定周波数範囲で走査させる加振周波数走査部と、前記速度信号から得られる振幅指標値を加振周波数毎に算出する振幅指標値算出部と、前記第１の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値に基づいて、前記対物レンズの光軸方向の共振周波数を測定し、前記第２の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸と直交する方向の共振周波数を測定する共振周波数測定部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記共振周波数測定部は、前記第１の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値の極大値に対応する加振周波数を前記対物レンズの光軸方向の共振周波数と測定し、前記第２の位置で得られた加振周波数毎の振幅指標値の極大値に対応する加振周波数のうち、前記光軸方向の共振周波数以外の加振周波数を前記対物レンズの光軸と直交する方向の共振周波数と測定することができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様の共振周波数測定方法は、１本の入射ビームを対物レンズを介して測定対象物に照射し、前記入射ビームの周波数と前記測定対象物からの反射ビームの周波数との差に基づいて、前記測定対象物の速度に比例する速度信号を出力するレーザドップラー振動計を利用した共振周波数測定方法であって、前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸が重なる位置に配置する第１ステップ、前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第２ステップ、前記第２ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値に基づいて、前記対物レンズの光軸方向の共振周波数を測定する第３ステップ、前記対物レンズを、前記入射ビームと光軸がずれた位置に、前記入射ビームと直交する面で移動させる第４ステップ、前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第５ステップ、前記第５ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記第３ステップで得られた前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸と直交する第１方向の共振周波数を測定する第６ステップ、を有することを特徴とする。
このとき、前記対物レンズを、前記入射ビームの前記対物レンズにおける照射位置が、前記対物レンズの光軸を中心に９０度回転させた位置になるように、前記入射ビームと直交する面で移動させる、あるいは、前記測定対象物を前記対物レンズの光軸と直交する面で９０度回転させる第７ステップ、前記測定対象物を、所定の周波数走査範囲で加振させ、加振周波数毎に前記速度信号から得られる振幅指標値を算出する第８ステップ、前記第８ステップで得られた加振周波数毎の振幅指標値および前記第３ステップで得られた前記対物レンズの光軸方向の共振周波数に基づいて、前記対物レンズの光軸および前記第１方向と直交する方向の共振周波数を測定する第９ステップ、をさらに有するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、１本の光学ヘッドのレーザドップラー振動計を利用して、面外振動に加え、面内振動の共振周波数を測定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態に係るレーザドップラー振動計を利用した共振周波数測定システムの構成を示すブロック図である。

【図2】レーザドップラー振動計の構成を示すブロック図である。

【図3】レンズの光軸とドップラ振動計が出射するビームとが一致する位置に対物レンズを配置した状態を示す図である。

【図4】レンズの光軸がドップラ振動計の出射するビームからずれた位置に対物レンズを配置した状態を示す図である。

【図5】レンズの光軸がドップラ振動計の出射するビームからずれた位置に対物レンズを配置した状態を示す図である。

【図6】共振周波数測定システムの測定手順を示すフローチャートである。

【図7】周波数毎の振幅指標値と共振周波数との関係を示す図である。

【図8】レーザドップラー振動計の基本原理について説明する図である。

【図9】面外振動と面内振動を測定する原理について説明する図である。

【図10】基本的な構成のレーザドップラー振動計を、測定対象物の共振周波数を測定する装置に適用した場合を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るレーザドップラー振動計を利用した共振周波数測定システム１０の構成を示すブロック図である。

【0025】

本図に示すように、共振周波数測定システム１０は、測定対象物１２０の共振周波数を測定するシステムであり、光出入口１０９を備えたレーザドップラー振動計１００、対物レンズ１１０、加振器１３０、対象物移動機構１４０、レンズ移動機構１５０、ビームスプリッタ１６０、第２対物レンズ１７０、カメラ１８０、ネットワーク・アナライザ１９０を備えている。

【0026】

レーザドップラー振動計１００は、図２に示すように、従来の１つの光学ヘッドを有する基本的な構成とすることができる。すなわち、装置内部あるいは外部に配置されたレーザ光源１０１から周波数ｆ０のレーザビームを出射する。この出射方向をｚ方向とする。このレーザビームは、ビームスプリッタ１０２により２系統に分割され、一方のビームは、光出入口１０９から対物レンズ１１０を介して測定対象物１２０の振動面に当てられる入射ビームとなり、もう一方のビームは、ＡＯＭ（音響工学変換器）等で構成された周波数シフタ１０３でｆＭの周波数シフトが与えられ、周波数ｆ０＋ｆＭの参照ビームとなる。参照ビームは、ビームスプリッタ１０６を介して受光器１０７に入射する。

【0027】

測定対象物１２０の表面で散乱された光は、対物レンズ１１０で集光され、光出入口１０９を通って、ビームスプリッタ１０４、ミラー１０５、ビームスプリッタ１０６を介して、反射ビームとして受光器１０７に入射する。反射ビームは、測定対象物１２０のその瞬間の速度に応じたドップラシフトを起こしており、周波数ｆ０±ｆＤとなっている。

【0028】

受光器１０７では、反射ビームと参照ビームとの干渉によりビート周波数ｆＭ±ｆＤの干渉信号が観測される。干渉信号は、速度算出部１０８により、ドップラシフトした周波数成分だけ取り出され、ＦＭ復調によって測定対象物１２０の速度に応じた電圧信号に変換される。

【0029】

なお、ビームスプリッタ、ミラーの数や配置等は本図の例に限られない。反射ビームは、測定対象物１２０の表面における散乱光を集光するため、光出入口１０９は、光出口と光入口とで独立させてもよい。また、入射ビームについて周波数シフトするようにしてもよいし、速度算出部１０８を装置外部に設けるようにしてもよい。

【0030】

図１の説明に戻って、レーザドップラー振動計１００の光出入口１０９から出射された入射ビームは、対物レンズ１１０に入射し、対物レンズ１１０を介して測定対象物１２０に照射される。このとき、測定対象物１２０の表面で入射ビームが集光するように、対象物移動機構１４０によって測定対象物１２０のｚ方向の位置が調整される。なお、対象物移動機構１４０は、ビーム照射ポイントの調整にも用いられる。

【0031】

本実施形態では、レンズ移動機構１５０により、対物レンズ１１０は、光軸に直交する方向に移動できるようになっている。この移動方向をｘ方向とする。本実施形態の共振周波数測定システム１０は、面外振動であるｚ方向に加え、面内振動のｘ方向の共振周波数も測定することができる。なお、移動方向をｙ方向とすると、面内振動のｙ方向の共振周波数を測定することができるようになる。対物レンズ１１０を、ｘ方向、ｙ方向のいずれにも移動できるようにしてもよい。

【0032】

測定対象物１２０は、加振器１３０により加振され、ｚ方向およびｘ方向に振動する。測定対象物１２０の表面で散乱した光は、対物レンズ１１０で集光され、反射ビームとしてレーザドップラー振動計１００の光出入口１０９に入射する。

【0033】

反射ビームの周波数は、測定対象物１２０の速度Ｖに応じたドップラシフトを起こしているため、速度Ｖがレーザドップラー振動計５００により短周期で測定される。なお、反射ビームの一部は、ビームスプリッタ１６０で分岐し、第２対物レンズ１７０介してカメラ１８０で撮像される。カメラ１８０の撮像画面は、入射ビームの測定対象物１２０における集光状態と集光位置とを表わすことになる。

【0034】

加振器１３０は、ネットワーク・アナライザ１９０の加振周波数走査部１９２が、所定範囲の振動周波数を走査させる。この走査範囲には、測定対象物１２０の共振周波数が含まれるようにする。なお、加振周波数走査部１９２は、ネットワーク・アナライザ１９０から独立した装置として設けてもよい。この場合、加振周波数情報をネットワーク・アナライザ１９０の振幅指標値算出部１９１に送信するようにする。

【0035】

レーザドップラー振動計１００が測定する速度Ｖは、ネットワーク・アナライザ１９０の振幅指標値算出部１９１に入力され、加振周波数毎に振幅指標値が算出される。ネットワーク・アナライザ１９０の共振周波数測定部１９３は、加振周波数毎の振幅指標値に基づいて、測定対象物１２０のｚ方向の共振周波数およびｘ方向の共振周波数を測定する。

【0036】

図３は、レンズの光軸とレーザドップラー振動計１００が出射するビームとが重なる位置に対物レンズ１１０を配置した状態を示している。この場合、入射ビームの照射方向は測定対象物１２０の面外振動方向（ｚ方向）と同じになるため、従来と同様にｚ方向の速度に感度を有することになる。なお、振動速度は光速度に対して十分小さいため、いわゆる横ドップラ効果は無視される。カメラ１８０で観測される測定対象物１２０の集光面は、光軸上にスポットが現われる。

【0037】

図４は、レンズの光軸がレーザドップラー振動計１００の出射するビームからずれた位置に対物レンズ１１０を配置した状態を示している。この場合、入射ビームは測定対象物１２０に対して斜めに照射されるため、ｚ方向の速度およびｘ方向に感度を有することになる。カメラ１８０で観測される測定対象物１２０の集光面は、光軸上からずれた位置にスポットが現われる。このずれ分は対物レンズ１１０の移動距離に対応する。

【0038】

すなわち、図５に示すように、対物レンズ１１０を距離ｄだけ移動させると、入射ビームは、対物レンズ１１０の焦点に向かうため、角度θを持って測定対象物１２０に照射される。このθにより、ｚ方向の感度とｘ方向の感度の割合が調整される。

【0039】

なお、一般に、速度Ｖが光速度に比べて十分小さい場合には、波長λのビームに対してα方向に移動する物体のドップラ効果による周波数シフト量は、２Ｖｓｉｎα／λと表わすことができる。ここで、αは物体の移動方向の法線に対するビームの入射角度である。

【0040】

次に、図６のフローチャートを参照して、本実施形態の共振周波数測定システム１０の動作について説明する。測定対象物１２０の共振周波数の測定に際しては、まず、レンズ移動機構１５０により、レンズの光軸とレーザドップラー振動計１００が出射するビームとが重なる位置に対物レンズ１１０を移動させる（Ｓ１０１）。すなわち、ｚ方向の速度に対して感度を有させる。

【0041】

この状態で、対象物移動機構１４０により、入射ビームが測定対象物１２０の表面で集光するように測定対象物１２０のｚ方向位置を調整するとともに、集光スポットが測定対象物１２０の測定ポイントに一致するように測定対象物１２０のｘｙ方向位置を調整する（Ｓ１０２）。この際に、カメラ１８０の撮像画像を参考にすることができる。

【0042】

そして、加振周波数走査部１９２により加振周波数の走査を開始し（Ｓ１０３）、振幅指標値算出部１９１が加振周波数毎に振幅指標値を算出してプロットする（Ｓ１０４）。

【0043】

この測定では、ｚ方向の速度にのみ感度を有しているため、プロット結果は、図７（ａ）に示すように、１つの極大値が現われる。共振周波数測定部１９３は、この極大値の周波数ｆｚをｚ方向、すなわち面外振動の共振周波数として判定する（Ｓ１０５）。

【0044】

次に、レンズ移動機構１５０により、レンズの光軸がレーザドップラー振動計１００の出射するビームとずれる位置に対物レンズ１１０を移動させる（Ｓ１０６）。すなわち、ｚ方向およびｘ方向の速度に対して感度を有させる。対物レンズ１１０を移動しても焦点のｚ方向の位置は変化しないため、対象物移動機構１４０による測定対象物１２０のｚ方向の再調整は不要である。測定ポイントがずれる場合には、対象物移動機構１４０による測定対象物１２０のｘ方向についての調整を行なうようにしてもよい。

【0045】

なお、ｘ方向の感度を高めるためには、入射角度θを大きくすること、すなわち対物レンズ１１０の移動距離を大きくすればよいが、対物レンズ１１０の移動距離が大きいほど散乱光の集光量が減少するため、最適な移動距離を適宜調整することが望ましい。この際に、カメラ１８０の撮像画像が参考になる。

【0046】

そして、加振周波数走査部１９２により再度の加振周波数の走査を開始し（Ｓ１０７）、振幅指標値算出部１９１が加振周波数毎に振幅指標値を算出してプロットする（Ｓ１０８）。

【0047】

この測定では、ｚ方向およびｘ方向の速度に感度を有しているため、プロット結果は、図７（ｂ）に示すように、２つの極大値が現われる。共振周波数測定部１９３は、２つの極大値のうち、先に測定したｚ方向の共振周波数（ｆｚ）以外の極大値の周波数ｆｘをｘ方向、すなわち面内振動の共振周波数として判定する（Ｓ１０９）。

【0048】

なお、ｘ方向の共振周波数の測定後に、レーザドップラー振動計１００の出射するビームの対物レンズ１１０における照射位置が、対物レンズ１１０の光軸を中心に９０度回転させた位置になるように、レンズ移動機構１５０により、レンズ１１０を移動させてもよい。この場合、ｚ方向とｙ方向の速度に対して感度を有することになるため、加振周波数の操作、加振周波数毎の振幅指標値の算出を行なうことで、ｙ方向の共振周波数を測定することができる。

【0049】

あるいは、対物レンズ１１０の位置はそのままとし、対象物移動機構１４０により、測定対象物１２０を対物レンズ１１０の光軸に直交する面で９０度回転させることによって、ｚ方向とｙ方向の速度に対して感度を有させて、ｙ方向の共振周波数を測定するようにしてもよい。

【0050】

以上説明したように、本実施形態の共振周波数測定システムは、１本の光学ヘッドで構成された基本的なレーザドップラー振動計を利用して、面外振動に加え、面内振動の共振周波数を測定できる。このとき、従来と同様のレーザドップラー振動計を用いて、対物レンズ１１０を移動させる構成を付加すればよいだけなので、簡易な構成で実現でき、コスト増を防ぐことができる。

【符号の説明】

【0051】

１０…共振周波数測定システム、１００…レーザドップラー振動計、１０１…レーザ光源、１０２…ビームスプリッタ、１０３…周波数シフタ、１０４…ビームスプリッタ、１０５…ミラー、１０６…ビームスプリッタ、１０７…受光器、１０８…速度算出部、１０９…光出入口、１１０…対物レンズ、１２０…測定対象物、１３０…加振器、１４０…対象物移動機構、１５０…レンズ移動機構、１６０…ビームスプリッタ、１７０…対物レンズ、１８０…カメラ、１９０…ネットワーク・アナライザ、１９１…振幅指標値算出部、１９２…加振周波数走査部、１９３…共振周波数測定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】