JP2010101784A - ドップラ速度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザドップラ速度計測装置の小型化、レーザドップラ速度計測装置から被測定物までのワーキングディスタンスの短距離化と公差緩和、を達成したレーザドップラ速度計測装置を提供する。
【解決手段】複屈折結晶ＢＦを用いて二つの直線偏光を参照光として分離し、空間的に交差させた状態で照明被測定物Ｏ１に照明する。
【選択図】図１

Description

本発明は、運動する物体に照射されるレーザ光の散乱光のドップラ効果による周波数偏移に基づき、この物体の速度を測定するようにしたレーザドップラ速度計測装置に関する。

従来から、物体や流体の移動速度を非接触且つ高精度に測定する装置として、レーザドップラ速度計測装置が使用されている。レーザドップラ速度計測装置とは、移動する物体や流体である被測定物にレーザ光を照射し、該被測定物による散乱光の周波数が、移動速度に比例して偏移（ドップラ速度シフト）する、即ちドップラ速度シフト成分を生ずる効果（ドップラ効果）を利用して、前記被測定物が移動する速度を測定する装置である。

散乱光に生じるドップラ速度シフト成分は非常に微小であり、測定が難しいことから、一般には被測定物に異なる方向から二つの光（参照光とも称す）を照射し、散乱光にドップラ速度シフトに起因して生じる光強度の時間的ビートを、光電変換素子を用いて検出する。レーザ光を二つの光に分離して被測定物に照射する光学系には、ビームスプリッタや反射板などの光学部品が採用される場合が多く、各々の光学部品自体が大きい部品であることから、光学系全体が大きくなり、レーザドップラ速度計測装置自体も大きくなってしまう傾向がある。

近年、レーザドップラ速度計測装置における光学系を小型化する試みがなされ始めている。その中の代表的な技術として、回折格子を用いた光学系がある（例えば特許文献１参照）。回折格子は主にビームスプリッタとして機能し、従来のビームスプリッタを小型化することで光学系全体を小型化し、レーザドップラ速度計測装置自体を小型化している。
特開平５−３２２９１１号公報

特許文献１で開示されているレーザドップラ速度計測装置の光学系においては、回折格子は主に従来のビームスプリッタを小型化する機能のみを有するので、ビームスプリッタという光学部品を小型化する効果しか発揮されないことから、レーザドップラ速度計測装置を小型化できる効果は小さい。さらに、回折格子において光量損失が発生するという不具合を生じる。

また、レーザ光を二つの参照光に分離させた後に被測定物に照射するので、光学系全体が大きくなってしまうとともに、二つの参照光から被測定物までの距離が長くなるので、レーザドップラ速度計測装置から被測定物までのワーキングディスタンスが長くなってしまう。さらに、ワーキングディスタンスの公差緩和の要求に対しては、参照光の光径を大きくせざるを得ないことも、光学系全体の小型化を阻害する要因となる。

本発明は、レーザドップラ速度計測装置の小型化、レーザドップラ速度計測装置から被測定物までのワーキングディスタンスの短距離化と公差緩和、を達成したレーザドップラ速度計測装置を提供することを目的とする。

前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。

１．コヒーレント光を射出する光源と、
前記光源が射出する前記コヒーレント光を、各々の進行方向が異なるコヒーレント光である二つの参照光に分離して被測定物に照射する分離手段と、
前記二つの参照光が前記被測定物に照射されて生じた散乱光を受光して電気信号に変換する受光手段と、を有し、
前記被測定物の移動に伴って前記散乱光に生じる周波数のドップラ速度シフト成分を前記電気信号から検出して前記被測定物が移動する速度を測定するレーザドップラ速度測定装置であって、
前記分離手段は、
前記コヒーレント光を相直交する偏光方向を有する二つの直線偏光に分離する偏光分離手段と、
前記散乱光が入射され、前記二つの直線偏光のうち所定の偏光方向成分のみ透過する偏光板と、
からなることを特徴とするドップラ速度計測装置。

２．前記分離手段は、ウェッジ状の異方性媒質であることを特徴とする前記１記載のドップラ速度計測装置。

３．前記光源と前記分離手段との間に、前記光源が射出するコヒーレント光を導波する光ファイバを備えることを特徴とする前記２記載のドップラ速度計測装置。

４．前記分離手段によって分離された前記二つの直線偏光を反射して前記被測定物に照射する反射手段を有することを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載のドップラ速度計測装置。

レーザドップラ速度計測装置の小型化、及びレーザドップラ速度計測装置から被測定物までのワーキングディスタンスの短距離化と公差緩和、が可能となる。

以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。

本実施形態によるレーザドップラ速度計測装置１の概要構成を図１（ａ）に示す。

レーザドップラ速度計測装置１は、光源から順に、光源部Ｓ１、レーザ光を伝送する光ファイバＦ１、光ファイバＦ１が伝送した光を被測定物Ｏ１に照明する光ヘッド部Ｈ１、そして、光電変換された電気信号からドップラ速度信号を得る電気回路からなる。光源部Ｓ１は、半導体レーザＬＤ、レンズＬ１、Ｌ２からなり、光ヘッド部Ｈ１はレンズＬ３、ビームスプリッタＢＳ、フォトダイオードＤ１、複屈折結晶ＢＦ、偏光板Ｐ１からなる。電気回路はアンプ５とバンドパスフィルター６からなる。

半導体レーザＬＤはコヒーレント光、すなわち干渉距離の長い光を射出することから、被測定物の照射面から散乱する散乱光の可干渉性を高めることができるので、大きいドップラ信号を得ることができるので、レーザドップラ速度計測装置の光源として好適である。また、半導体レーザＬＤは他のレーザ、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどに比して、共振器長が極端に短いので小型であるとともに、フォトリソグラフィー技術を採用して大量生産が可能で低コストである点で有利である。さらに、半導体レーザＬＤは、他のレーザに比べて回折限界に集光しやすいので、後述するように光ファイバを用いてレーザ光を伝送する場合、光ファイバへの結合効率を高めることができるので、光利用効率が高くできるという長所を有す。従って、半導体レーザＬＤを採用することで、レーザドップラ速度計測装置の小型低コスト化の達成という目標を、光利用効率を高くしつつ達成できる。なお、被測定物の照射面からの散乱光の可干渉性を、より高めるには、利得帯域が狭く可干渉距離が長いＨｅ−Ｎｅレーザなどの気体レーザの採用が好ましい。

レンズＬ１は半導体レーザＬＤから出射したレーザ光ＬＴをコリメート、すなわち平行化する。レンズＬ２は、レンズＬ１を出射したレーザ光ＬＴを光ファイバＦ１の入射面Ｍ１に集光する。レンズＬ１とＬ２をあわせた機能、すなわち半導体レーザＬＤが射出したレーザ光ＬＴ集光するという機能を単玉のレンズに集約させてもよいが、単玉のレンズを採用するに比べて、レンズＬ１、Ｌ２の二つのレンズを採用することで、組付調整の簡易化を図ることができる。また、レンズＬ１はレーザ光ＬＴをコリメートすることで、レーザ光ＬＴを集発散させる場合に比べて、レンズＬ１とＬ２の間の距離の調整が容易となる。

なお、半導体レーザＬＤが射出するレーザ光ＬＴの断面形状は一般に楕円であり、光ファイバＦ１の入射面Ｍ１に集光する場合に、楕円のスポットに集光され、光ファイバＦ１への結合効率が低くなってしまうので、レンズＬ１とレンズＬ２の間に図示しないビーム整形プリズムを配置してもよい。ビーム整形プリズムを用いることで、レーザ光ＬＴの断面形状を円状に整形できるので、光ファイバＦ１への結合効率を高くすることができる。ビーム整形プリズムを配置する場合には、ビーム整形プリズムを透過したレーザ光ＬＴの出射方向が変わるので、その出射方向に合わせてレンズＬ２を配置する。

次に、上述したように、半導体レーザＬＤが射出するレーザ光ＬＴを回折限界まで集光させてシングルモードファイバである光ファイバＦ１に入射させ、レーザ光ＬＴを光ヘッド部Ｈ１へ伝送させる。光ファイバＦ１を採用せずに、光源部Ｓ１と光ヘッド部Ｈ１のみから構成してもよいが、レーザドップラ速度計測の測定対象が狭い空間に配置されている場合や、測定対象が何らかの装置の内部に存在するような場合には、レーザドップラ速度計測を行う装置を、極力小さく作り上げて組み入れる必要がある。そこで、光源部Ｓ１と光ヘッド部Ｈ１とを切り離し、光源部Ｓ１と光ヘッド部Ｈ１との間において、レーザ光を伝送する光ファイバＦ１を採用することとした。

光ファイバＦ１における入射面Ｍ１ではレーザ光ＬＴの入射により導波光が励振される。シングルモードファイバでは、単一の縦モード及び単一の横モードの伝送光が励振される。従って光ファイバＦ１における伝送光が出射する出射面Ｍ２においては、半導体レーザＬＤが射出するレーザ光ＬＴと同様の可干渉性が保たれたレーザ光ＬＴが射出される。なお、ドップラ速度計測の計測精度に余裕があれば、シングルモードファイバではなく、多モードファイバを採用してもよい。多モードファイバは、伝送光内に時間ずれが発生するので、可干渉性はやや落ちるが、シングルモードファイバより安価であるという長所を有す。

次に光ファイバＦ１を出射したレーザ光ＬＴは、光ヘッド部Ｈ１におけるレンズＬ３によってコリメートされる。レンズＬ３によってコリメートされたレーザ光ＬＴは、ビームスプリッタＢＳに入射する。ビームスプリッタＢＳは、反射率や透過率が偏光に依存しない無偏光タイプが望ましい。ビームスプリッタＢＳは平板型であってもよい。平板型である場合には、レーザ光ＬＴの進行方向に対して平板型のビームスプリッタＢＳを入射角が４５になるように配置する。ビームスプリッタは、レーザ光ＬＴを透過させる機能と、後述するように、被測定物から散乱して戻ってきた散乱光ＳＣ１を反射させて光電変換機能を有する受光手段であるフォトダイオード（Ｐｈｏｔｅ Ｄｉｏｄｅ）Ｄ１に導く機能を有する。レーザドップラ信号を最大限得るには、フォトダイオードＤ１で受光する散乱光ＳＣ１の光強度を大きくする必要があるところ、ビームスプリッタＢＳの透過率及び反射率が５０％の時に、フォトダイオードＤ１で受光するレーザ光ＬＴの光強度が最大となるので好ましい。

次にビームスプリッタＢＳを透過したレーザ光ＬＴは、複屈折結晶ＢＦに入射する。複屈折結晶ＢＦは、光学的な異方性媒質であって、出射角に偏光依存性を有する偏光分離手段であり、複屈折性材料を楔形に加工したものである。複屈折性材料とは複屈折性を示す材料を言い、複屈折性とは、屈折率が偏光方向依存性を示す性質を言う。屈折率が偏光方向依存性を示すことで、楔形の加工されることで、屈折角が偏光方向依存性を示す。図２に複屈折結晶ＢＦの概要を表す図を示す。楔型に加工することで、偏光方向によって異なるプリズム作用を示すので、入射したレーザ光ＬＴは相異なる二つの直線偏光であるＰ偏光とＳ偏光とに分離され、複屈折結晶ＢＦを出射する。出射角には偏光依存性が生じる。

同図では紙面垂直方向に電界の振動成分を有する偏光をＰ偏光であると偏光方向を定義し、紙面平行方向に電界の振動成分を有する偏光をＳ偏光であると偏光方向を定義する。複屈折結晶ＢＦの材料や、複屈折結晶ＢＦの形状に対する光軸の位置の取り方によって、Ｐ偏光であるレーザ光ＬＰと、Ｓ偏光であるレーザ光ＬＳとの複屈折結晶ＢＦ内での屈折角や複屈折結晶ＢＦを出射する角を制御できる。

複屈折性材料としては例えば、水晶、方解石、二酸化チタンなどがあり、容易に入手可能である。複屈折結晶ＢＦの設計例としては、材料に二酸化チタンを採用し、楔の頂角Ａ１を６度、複屈折結晶ＢＦへのレーザ光ＬＴの入射角θｉを４５度とした場合、出射光であるＰ偏光であるレーザ光ＬＰが複屈折結晶ＢＦを出射する面での出射角は７４．５度、Ｓ偏光であるレーザ光ＬＳが複屈折結晶ＢＦを出射する面での出射角は８３．７度となり、レーザ光ＬＰとＬＳの分離角θｂは９．２度となる。入射角に対して出射角が大きいので、複屈折結晶ＢＦを出射したレーザ光ＬＰとＬＳの光径は狭くなる。なお、複屈折結晶ＢＦの反対側の面からレーザ光ＬＴを入射させた場合には、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳの分離角は狭くなると供に、入射角に対して出射角が小さいので、レーザ光ＬＰとＬＳの光径は広くなる。

複屈折結晶ＢＦへのレーザ光ＬＴの入射角θｉを３０度とした場合、出射光であるＰ偏光であるレーザ光ＬＰとＳ偏光であるレーザ光ＬＳの分離角θｂは２．１度となる。

その他の偏光分離手段としてはウォラストンプリズム、稠密構造回折格子などがある。

次に参照光であるレーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを用いて被測定物Ｏ１を照明させて、各々の散乱光を干渉させてドップラ信号を得る。なお、図１（ｂ）に示すように、レンズＬ３ａを配置して、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを被測定物Ｏ１に集光照射してもよい。

ドップラ信号は、光の干渉縞の強度分布がドップラ速度シフトにより変化することを測定する原理に基づくことから、干渉性を向上させるために、偏光板Ｐ１に入射させて偏光方向を揃える。偏光板Ｐ１は、入射する偏光を、偏光板Ｐ１ごとに定められた所定の偏光方向のみ透過させる機能を有し、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳは、偏光板Ｐ１から所定の偏光方向の成分のみが出射する。

さらに、干渉性を向上させるために、複屈折結晶ＢＦを出射するレーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳの光強度を略同一にする。複屈折結晶ＢＦに入射するレーザ光ＬＴを直線偏光とし、複屈折結晶ＢＦの光軸に対して偏光方向が４５度を成すようにレーザ光ＬＴを複屈折結晶ＢＦに入射させて、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳの光強度を略同一にする。光ファイバＦ１に偏波保存ファイバを採用して半導体レーザＬＤが射出する直線偏光であるレーザ光ＬＴを直線偏光のまま伝送させる。なお、偏波保存ファイバとは、入射した光の偏光方向を保ったまま光を伝送する光ファイバを言う。

偏波保存ファイバでない場合には、レーザ光ＬＴが光ファイバを伝送するに従い、レーザ光ＬＴの偏光方向が回転したり、偏光状態が楕円偏光に変化したりする。そのような場合には、複屈折結晶ＢＦを入射するレーザ光ＬＴに対して回転させてレーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳの光強度を略同一に調整する。

なおビームスプリッタＢＳと偏光板Ｐ１の間に二分の一波長板を配置してもよい。二分の一波長板は、入射する光に対して、相直交する二つの軸方向の偏光の位相を９０度遅らせる作用があるので、直線偏光の偏光方向を回転させることができる。従って、レーザ光ＬＴが、複屈折結晶ＢＦへ入射する角度を調整することができる。

被測定物Ｏ１上の同一点に、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳが、分離角θｂの交差状態で照明する。そして、被測定物Ｏ１を照明したレーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳは、被測定物Ｏ１の照射面上で散乱光を発生させる。

レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳの各々の散乱光は、被測定物Ｏ１の速度に比例したドップラ偏移を起こし、その一部が偏光板Ｐ１、複屈折結晶ＢＦを透過し、ビームスプリッタＢＳで反射してフォトダイオードＤ１に入射する。散乱光にはレーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳとの干渉縞が発生しており、ドップラ偏移によって干渉縞の位相が変化する。干渉縞の位相の変化を検出するために、フォトダイオードＤ１の受光面の大きさを干渉縞の大きさより小さく設定することが望ましい。フォトダイオードＤ１の受光面の大きさを干渉縞の大きさより小さく設定することで、散乱光ＳＣ１には被測定物Ｏ１上で発生するスペックルノイズや、被測定物Ｏ１上の反射率の分布による光強度分布ムラの影響も、合わせて小さくすることができる。但し、受光面が小さくなり過ぎると、ショットノイズが大きくなるので、理想的には干渉縞のピッチの半分程度の大きさが好適である。

なお、フォトダイオードＤ１の手前に図示しない集光レンズを配置して、散乱光ＳＣ１をフォトダイオードＤ１の受光面に集光照射してもよい。この場合には、フォトダイオードＤ１の受光面の大きさを、より小さくすることができる。

フォトダイオードＤ１の出力は、アンプ（ＡＭＰ）５によって増幅されるとともに、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）６によってヘテロダイン検波され、ドップラ信号が検出される。また、上記バンドパスフィルター（ＢＰＦ）６によって検出されたドップラ信号は、図示しないカウンタ及び図示しないアナライザによって所定の信号処理が施されることにより、被測定物Ｏ１の速度ｖが測定されるようになっている。ドップラ周波数は、次式によって表される。

ｆＤ＝（２ｖ）ｓｉｎ（θｂ／２）／λ
ここで、ｆＤはドップラ周波数、ｖは被測定物Ｏ１の移動速度、λはレーザ光ＬＴの波長、θｂはビーム交差角である。

なお、フォトダイオードＤ１に入射する光の干渉成分を取り出すには、偏光板Ｐ１を被測定物Ｏ１とフォトダイオードＤ１の間のどの位置に配してもよい。従って、被測定物と複屈折結晶ＢＦに間以外に、ビームスプリッタＢＳとフォトダイオードＤ１の間の位置であるＰ２に配置してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、複屈折結晶ＢＦを用いて分離された二つの直線偏光を参照光として被測定物Ｏ１に照明することで、従来のレーザドップラ速度計測装置に対して、二つの参照光を交差させた状態で照明するので、装置の小型化を達成することができるとともに、つの参照光を空間的に分離させずに得ることができるので、ワーキングディスタンスを小さくすることができる。

また回折格子を使用しないので回折格子による光量損失が発生せず、光利用効率が高くなる。

さらに、従来のレーザドップラ速度計測装置において、ワーキングディスタンスの公差緩和の要求が、レーザ光ＬＲ１とＬＲ２の光径の拡大に通じ、レーザドップラ速度計測装置１の大型化の結果を招いていたところ、本実施形態においては、レーザドップラ速度計測装置１が大型化する弊害は少なく、小型化を達成することができる。

［一体装置化］
次にレーザドップラ速度計測装置１を一体装置化したレーザドップラ速度計測装置２について図３を用いて説明する。上記のように分離した光ヘッド部Ｈ１と光源部Ｓ１とを一体化する。

一体装置化したレーザドップラ速度計測装置２は、光源から順に、半導体レーザＬＤ、レンズＬ３、ビームスプリッタＢＳ、フォトダイオードＤ１、複屈折結晶ＢＦ、偏光板Ｐ１、アンプ５、バンドパスフィルター６からなる。

上記の光源部Ｓ１と光ヘッド部Ｈ１の間にレーザ光ＬＴを伝送する光ファイバＦ１を省いて一体装置化し、半導体レーザＬＤとビームスプリッタＢＳの間の空間にコリメート機能を有するレンズＬ３を配置してレーザ光ＬＴを空間伝送させる。

従って、半導体レーザＬＤとビームスプリッタＢＳの間のレーザ光ＬＴの伝送方法の相違があるのみで、その他の光学部品の機能は同一であるので説明を省略する。なお、偏光板Ｐ１は、Ｐ２の位置に配置してもよい。

なお、図１（ｂ）に示すように、レンズＬ３ａを配置して、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを被測定物Ｏ１に集光照射してもよい。

このようにレーザドップラ速度計測装置１を一体装置化することで、レーザドップラ速度計測装置１の長所とともに、装置全体のハンドリングを容易化できるという長所を有すレーザドップラ速度計測装置２を提供することができる。

［光ヘッドの小型化１］
次にレーザドップラ速度計測装置１における光ヘッド部Ｈ１を、より小型化したレーザドップラ速度計測装置３について図４を用いて説明する。

レーザドップラ速度計測装置２における光ヘッド部Ｈ２においては、レーザドップラ速度計測装置１の光ヘッド部Ｈ１に搭載しているフォトダイオードＤ１を光ヘッド部Ｈ１から外して外部に設ける。図１で説明したレーザドップラ速度計測装置１の構成との相違は、ビームスプリッタＢＳで反射した散乱光ＳＣ１をフォトダイオードＤ１に導く機能として、散乱光ＳＣ１を伝送する光ファイバＦ２を追加する点である。その他の部分は、図１で説明したレーザドップラ速度計測装置１と同じであるので説明を省略する。

なお、図１（ｂ）に示すように、レンズＬ３ａを配置して、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを被測定物Ｏ１に集光照射してもよい。

光ファイバＦ２のコア径は、原則として図１におけるフォトダイオードＤ１の受光面の大きさと同じにして、入射面Ｍ３の位置をフォトダイオードＤ１の受光面と同じ位置に配置し、散乱光ＳＣ１における干渉縞の位相を検知する。光ファイバＦ２のコア径がフォトダイオードＤ１の受光面の大きさより小さい場合には、同図に示すように、散乱光ＳＣ１を光ファイバＦ１に入射させるレンズＬ４を配置する。Ｌ４の径はフォトダイオードＤ１の受光面の径と同じにすることが好ましい。光ファイバＦ２によって伝送され、光ファイバＦ２の出射面Ｍ４を出射した散乱光ＳＣ１をフォトダイオードＤ１を用いて受光する。出射面Ｍ４とフォトダイオードＤ１の間に図示しない集光レンズを配置して、出射面Ｍ４を出射する散乱光ＳＣ１をフォトダイオードＤ１の受光面に集光照射してもよい。この場合には、フォトダイオードＤ１の受光面の大きさを、より小さくすることができる。なお、偏光板Ｐ１は、Ｐ２の位置に配置してもよい。

また、図２の光ヘッドの構成において、ビームスプリッタＢＳにおいて反射した散乱光ＳＣ１を光ファイバＦ２を用いてフォトダイオードＤ１に伝送する構成を採用してもよい。

以上のように、フォトダイオードＤ１を光ヘッド部Ｈ１から外して外部に設けることで、レーザドップラ速度計測装置１の長所とともに、光ヘッド部Ｈ２を小型化できる。また、フォトダイオードＤ１を電気ノイズの少ない場所に配置できるので、より高精度なレーザドップラ速度計測装置３を提供することができる。

［光ヘッドの小型化２］
次にレーザドップラ速度計測装置１における光ヘッド部Ｈ１を、より小型化した他のレーザドップラ速度計測装置４について図５を用いて説明する。

レーザドップラ速度計測装置３における光ヘッド部Ｈ３においては、レーザドップラ速度計測装置１の光ヘッド部Ｈ１に搭載しているビームスプリッタＢＳを光ヘッド部Ｈ１から外し、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを被測定物Ｏ１の方向に斜めに照射する反射板７を設ける。被測定物Ｏ１上で散乱した散乱光ＳＣ１上を受光するフォトダイオードＤ１は、散乱光ＳＣ１を受光しやすい位置、例えば、同図に示すように、レンズＬ３を出射したレーザ光ＬＴを跨いだ位置に設ける。被測定物Ｏ１とフォトダイオードＤ１との間には、上記したように散乱光を集光するレンズＬ４を配置してもよい。また、偏光板Ｐ１をＰ２の位置に配置してもよい。その他の部分は、図１で説明したレーザドップラ速度計測装置１と同じであるので説明を省略する。

なお、図１（ｂ）に示すように、レンズＬ３ａを配置して、レーザ光ＬＰとレーザ光ＬＳを被測定物Ｏ１に集光照射してもよい。

このように、ビームスプリッタの代わりに反射板７を設けることで、レーザドップラ速度計測装置１の長所とともに、光ヘッド部Ｈ３を低背化し、より小型のレーザドップラ速度計測装置４を提供することができる。さらにビームスプリッタＢＳにおいてレーザ光ＬＴを分離することにより光量損失の発生を防ぐことができ、より高精度なレーザドップラ速度計測が可能となる。

実施形態におけるレーザドップラ速度計測装置１の概要構成を示す図である。 実施形態における複屈折結晶ＢＦの概要を示す図である。 実施形態における一体装置化されたレーザドップラ速度計測装置２の概要構成を示す図である。 実施形態における、より小型化した光ヘッド部Ｈ２を搭載したレーザドップラ速度計測装置３の概要構成を示す図である。 実施形態における、より高効率化した光ヘッド部Ｈ３を搭載したレーザドップラ速度計測装置４の概要構成を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４ レーザドップラ速度計測装置
５ アンプ
６ バンドパスフィルター
７ 反射板
Ａ１ 頂角
ＢＦ 複屈折結晶
ＢＳ ビームスプリッタ
Ｄ１ フォトダイオード
Ｆ１、Ｆ２ 光ファイバ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 光ヘッド部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レンズ
ＬＤ 半導体レーザ
ＬＰ、ＬＳ、ＬＴ レーザ光
Ｍ１、Ｍ３ 入射面
Ｍ２、Ｍ４ 出射面
Ｏ１ 被測定物
Ｐ１ 偏光板
Ｓ１ 光源部
ＳＣ１ 散乱光

Claims (4)

1. コヒーレント光を射出する光源と、
   前記光源が射出する前記コヒーレント光を、各々の進行方向が異なるコヒーレント光である二つの参照光に分離して被測定物に照射する分離手段と、
   前記二つの参照光が前記被測定物に照射されて生じた散乱光を受光して電気信号に変換する受光手段と、を有し、
   前記被測定物の移動に伴って前記散乱光に生じる周波数のドップラ速度シフト成分を前記電気信号から検出して前記被測定物が移動する速度を測定するレーザドップラ速度測定装置であって、
   前記分離手段は、
   前記コヒーレント光を相直交する偏光方向を有する二つの直線偏光に分離する偏光分離手段と、
   前記散乱光が入射され、前記二つの直線偏光のうち所定の偏光方向成分のみ透過する偏光板と、
   からなることを特徴とするドップラ速度計測装置。
2. 前記分離手段は、ウェッジ状の異方性媒質であることを特徴とする請求項１記載のドップラ速度計測装置。
3. 前記光源と前記分離手段との間に、前記光源が射出するコヒーレント光を導波する光ファイバを備えることを特徴とする請求項２記載のドップラ速度計測装置。
4. 前記分離手段によって分離された前記二つの直線偏光を反射して前記被測定物に照射する反射手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のドップラ速度計測装置。

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