JP2021113746A - Laser Doppler speedometer - Google Patents

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Abstract

To allow identifying a location of measurement of invisible light used for measurement by aiming light using visible light with a simple configuration.SOLUTION: An invisible measuring beam emitted by a measurement laser source 1 is split into two beams by a beam splitter 3, and each beam hits a field of measurement of a measurement object 100 at each different angle. Visible aiming light emitted by an aiming laser source 8 transmits through a dichroic mirror 6, and is emitted from an objective lens 5 so that the centre of the field of measurement of the measurement object 100 is a condensing point. Reflectance of the measuring beam in the field of measurement passes through the objective lens 5, is then reflected by the dichroic mirror 6 to be condensed on a photodetector 7. A measurement device 9 measures the speed of the measurement object 100 on the basis of a beat frequency of a detection signal of the photodetector 7.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザドップラ速度計に関するものである。 The present invention relates to a laser Doppler speedometer.

レーザドップラ速度計としては、測定用のレーザ光を二つのビームに分岐し、分岐した二つのビームを被測定物上の同じ領域に、被測定物の移動方向と垂直な方向に対して二つのビームが成す角を+θ、-θとなるように照射すると共に、照射した二つのビームによって被測定物上で反射した反射光を検出し、反射光のビート周波数をヘテロダイン検波して、被測定物の速度を算出するレーザドップラ速度計が知られている(たとえば、特許文献1)。 As a laser Doppler speedometer, the laser beam for measurement is branched into two beams, and the two branched beams are placed in the same region on the object to be measured and two in the direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured. The angle formed by the beams is irradiated so that it becomes + θ and -θ, the reflected light reflected on the object to be measured by the two irradiated beams is detected, and the beat frequency of the reflected light is heterodyne-detected to be measured. A laser Doppler speedometer that calculates the speed of an object is known (for example, Patent Document 1).

また、このようなレーザドップラ速度計において、より高精度な速度測定を行うために、測定用のレーザ光として、より出力の高い近赤外レーザ光を用いつつ、不可視の近赤外レーザ光の照射位置を視認できるように、可視光を照準光として出射する技術が知られている(特許文献2)。 Further, in such a laser Doppler velocimeter, in order to perform speed measurement with higher accuracy, invisible near-infrared laser light is used while using near-infrared laser light having higher output as the laser light for measurement. A technique for emitting visible light as aiming light is known so that the irradiation position can be visually recognized (Patent Document 2).

この技術に係る、レーザドップラ速度計の構成を図3a、bに示す。
図3aのレーザドップラ速度計は、測定用レーザ光源301から出射された不可視の近赤外レーザ光である測定光と、照準用レーザ光源302から出射された可視光のレーザ光である照準光が、それぞれ光ファイバを通ってファイバ型WDM光カプラ303で波長合成され、コリメータレンズ304に出射される。
The configuration of the laser Doppler speedometer according to this technique is shown in FIGS. 3a and 3b.
In the laser Doppler velocimeter of FIG. 3a, the measurement light, which is an invisible near-infrared laser light emitted from the measurement laser light source 301, and the aiming light, which is the visible light laser light emitted from the aiming laser light source 302, are combined. , Each of which is wavelength-synthesized by a fiber-type WDM optical coupler 303 through an optical fiber and emitted to a collimator lens 304.

コリメータレンズ304は、ファイバ型WDM光カプラ303から入射する測定光と照準光とを平行ビームに変換してビームスプリッタ305に出射し、ビームスプリッタ305は、コリメータレンズ304から入射する測定光と照準光とをそれぞれ二つに分岐し、分岐した一方の測定光と照準光とよりなる第1レーザ光群を被測定物100に照射し、分岐した他方の測定光と照準光とよりなる第2レーザ光群をミラー306に向けて出射する。 The collimator lens 304 converts the measurement light and the aiming light incident from the fiber type WDM optical coupler 303 into a parallel beam and outputs the parallel beam, and the beam splitter 305 emits the measurement light and the aiming light incident from the collimator lens 304. The first laser beam group consisting of one of the branched measurement lights and the aiming light is applied to the object 100 to be measured, and the second laser composed of the other branched measurement light and the aiming light is irradiated. The light group is emitted toward the mirror 306.

そして、ミラー306は、ビームスプリッタ305から入射する第2レーザ光群を反射し、被測定物100に照射する。
ここで、ビームスプリッタ305から出射された第1レーザ光群とミラー306から出射された第2レーザ光群は、被測定物100の同じ領域を照射する。また、ビームスプリッタ305から出射された第1レーザ光群は、被測定物100の移動方向と垂直な方向から+θ傾けた方向から被測定物100を照射し、ミラー306から出射された第2レーザ光群は、被測定物100の移動方向と垂直な方向から-θ傾けた方向から被測定物100を照射する。
Then, the mirror 306 reflects the second laser beam group incident from the beam splitter 305 and irradiates the object 100 to be measured.
Here, the first laser beam group emitted from the beam splitter 305 and the second laser beam group emitted from the mirror 306 irradiate the same region of the object to be measured 100. Further, the first laser beam group emitted from the beam splitter 305 irradiates the object to be measured 100 from a direction inclined by + θ from the direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured 100, and is emitted from the mirror 306. The laser beam group irradiates the object to be measured 100 from a direction tilted by −θ from a direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured 100.

したがって、第1レーザ光群の測定光と第2レーザ光群の測定光が照射されている領域には、第1レーザ光群の照準光と第2レーザ光群の照準光による可視の光スポットも形成される。 Therefore, in the region where the measurement light of the first laser light group and the measurement light of the second laser light group are irradiated, the visible light spot by the aiming light of the first laser light group and the aiming light of the second laser light group Is also formed.

次に、対物レンズ307は、被測定物100で反射した第1レーザ光群と第2レーザ光群の反射光を光検出器308に集光し、光検出器308は集光された反射光の測定光を検出し検出信号として出力する。 Next, the objective lens 307 collects the reflected light of the first laser light group and the second laser light group reflected by the object 100 to be collected by the photodetector 308, and the photodetector 308 collects the collected reflected light. Detects the measurement light of and outputs it as a detection signal.

ここで、第1レーザ光群の測定光の反射光の周波数と第2レーザ光群の測定光の反射光の周波数には、被測定物100の速度に応じた大きさのドップラシフトが生じており、光検出器308が出力する検出信号には、ドップラシフトの大きさに応じた周波数のビートが表れる。したがって、このビートの周波数から、被測定物100の速度vを算定できる。 Here, the frequency of the reflected light of the measurement light of the first laser light group and the frequency of the reflected light of the measurement light of the second laser light group have a Doppler shift of a magnitude corresponding to the speed of the object to be measured 100. Therefore, in the detection signal output by the optical detector 308, a beat of a frequency corresponding to the magnitude of the Doppler shift appears. Therefore, the velocity v of the object to be measured 100 can be calculated from the frequency of this beat.

次に、図3bのレーザドップラ速度計は、図3aのレーザドップラ速度計で、測定光と照準光の波長合成に使用するファイバ型WDM光カプラ303の代わりに、ダイクロイックミラー309を用いたものであり、図3bのレーザドップラ速度計では、測定用レーザ光源301から測定光をコリメータレンズ304を介してダイクロイックミラー309に出射すると共に、照準用レーザ光源302からコリメータレンズ304を介して照準光をダイクロイックミラー309に出射することにより、ダイクロイックミラー330によって、測定光と照準光とが同軸状に波長合成されてビームスプリッタ305に出射される。 Next, the laser Doppler velocimeter of FIG. 3b is the laser Doppler velocimeter of FIG. 3a, which uses a dichroic mirror 309 instead of the fiber type WDM optical coupler 303 used for wavelength synthesis of the measurement light and the aiming light. In the laser Doppler velocimeter of FIG. 3b, the measurement light is emitted from the measurement laser light source 301 to the dichroic mirror 309 via the collimator lens 304, and the aiming light is dichroic from the aiming laser light source 302 via the collimator lens 304. When the light is emitted to the mirror 309, the measurement light and the aiming light are coaxially wavelength-synthesized by the dichroic mirror 330 and emitted to the beam splitter 305.

特開2005-61928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-61928 特許6474270号公報Japanese Patent No. 6474270

図3aに示したレーザドップラ速度計は、測定光と照準光の同一光路での波長合成に比較的高価なファイバ型WDM光カプラが必要となる。また、図3bに示した波長合成にダイクロイックミラーを用いるレーザドップラ速度計では、測定光の分岐の前段に、ダイクロイックミラーを用いた測定光と照準光の同一光路での波長合成のための光学系を設ける必要があり、レーザドップラ速度計を小型化する上で妨げとなる。 The laser Doppler speedometer shown in FIG. 3a requires a relatively expensive fiber-type WDM optical coupler for wavelength synthesis of the measurement light and the aiming light in the same optical path. Further, in the laser Doppler velocimeter using a dichroic mirror for wavelength synthesis shown in FIG. 3b, an optical system for wavelength synthesis of the measurement light using the dichroic mirror and the aiming light in the same optical path before the branching of the measurement light. It is necessary to provide the laser Doppler speed meter, which hinders the miniaturization of the laser Doppler speed meter.

そこで、本発明は、測定に用いる不可視光である測定光を、当該測定光の照準に用いる可視光である照準光と共に出射するレーザドップラ速度計を、小型化や低コスト化に適した、よりシンプルな構成で実現することを課題とする。 Therefore, the present invention is suitable for miniaturization and cost reduction of a laser Doppler velocimeter that emits measurement light, which is invisible light used for measurement, together with aiming light, which is visible light used for aiming the measurement light. The challenge is to realize it with a simple configuration.

前記課題達成のために、本発明は、被測定物の速度を測定するレーザドップラ速度計に、波長が可視領域外のレーザ光である測定光を出射する測定用レーザ光源と、前記測定光を第1測定光と第2測定光とに分割するビームスプリッタと、前記第1測定光と第2測定光とが、当該レーザドップラ速度計に対する相対位置が予め定められている領域である測定領域を異なる方向から照射するように、前記第1測定光と第2測定光とを、当該第1測定光と第2測定光のうちの少なくとも一方の進行方向を変化させて出射する進路変更光学系と、前記測定領域で反射した前記第1測定光と第2測定光の反射光の強度を検出し、検出信号として出力する光検出器と、波長が可視領域内のレーザ光である照準光を出射する照準レーザ光源と、前記照準レーザ光源が出射した前記照準光を、集光点の位置が前記測定領域内の位置となるように屈折させて出射する屈折光学系とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention uses a laser Doppler velocimeter for measuring the velocity of an object to be measured, a measurement laser light source that emits measurement light whose wavelength is outside the visible region, and the measurement light. A measurement region in which the beam splitter that divides the first measurement light and the second measurement light and the first measurement light and the second measurement light are regions in which the relative positions with respect to the laser Doppler velocimeter are predetermined. With a course changing optical system that emits the first measurement light and the second measurement light by changing the traveling direction of at least one of the first measurement light and the second measurement light so as to irradiate from different directions. , A light detector that detects the intensity of the reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement area and outputs it as a detection signal, and emits aiming light whose wavelength is laser light in the visible region. It is provided with an aiming laser light source and a refraction optical system that refracts and emits the aiming light emitted by the aiming laser light source so that the position of the condensing point is within the measurement region.

また、本発明は、前記課題達成のために、被測定物の速度を測定するレーザドップラ速度計に、波長が可視領域外のレーザ光である測定光を出射する測定用レーザ光源と、前記測定光を第1測定光と第2測定光とに分割するビームスプリッタと、前記第1測定光と第2測定光とが、当該レーザドップラ速度計に対する相対位置が予め定められている領域である測定領域を異なる方向から照射するように、前記第1測定光と第2測定光とを、当該第1測定光と第2測定光のうちの少なくとも一方の進行方向を変化させて出射する進路変更光学系と、波長が可視領域内のレーザ光である照準光を出射する照準レーザ光源と、分光手段と、前記進路変更光学系から出射される前記第1測定光の光軸と、前記進路変更光学系から出射される前記第2測定光の光軸との間に光軸が位置するように配置されたレンズと、光検出器とを備えたものである。ただし、前記測定領域で反射した前記第1測定光と第2測定光の反射光は、前記レンズに入射し、前記照準レーザ光源から出射された前記照準光は、前記分光手段に入射し、前記レンズは、入射した前記反射光を前記分光手段に出射する。また、前記分光手段は、前記レンズから入射した前記反射光を前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を、前記レンズに向けて出射する。また、前記レンズは、前記分光手段から入射した前記照準光を、集光点の位置が前記測定領域内の位置となるように屈折させて出射すると共に、前記分光手段を介して前記光検出器に入射する反射光が当該光検出器の位置で集光するように、入射した前記反射光を屈折させて出射する。そして、前記光検出器は、前記分光手段から入射した前記反射光の強度を検出し検出信号として出力する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention comprises a laser Doppler velocimeter for measuring the velocity of an object to be measured, a measuring laser light source for emitting measurement light whose wavelength is outside the visible region, and the measurement. Measurement in which the beam splitter that divides the light into the first measurement light and the second measurement light, and the first measurement light and the second measurement light are regions in which the relative positions with respect to the laser Doppler velocimeter are predetermined. Course-changing optics that emits the first measurement light and the second measurement light by changing the traveling direction of at least one of the first measurement light and the second measurement light so as to irradiate a region from different directions. The system, the aiming laser light source that emits aiming light whose wavelength is within the visible region, the spectroscopic means, the optical axis of the first measurement light emitted from the course changing optical system, and the course changing optical. It includes a lens arranged so that the optical axis is located between the optical axis of the second measurement light emitted from the system, and an optical detector. However, the reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement region is incident on the lens, and the aiming light emitted from the aiming laser light source is incident on the spectroscopic means, and the said. The lens emits the incident reflected light to the spectroscopic means. Further, the spectroscopic means emits the reflected light incident from the lens toward the photodetector, and emits the aiming light incident from the aiming laser light source toward the lens. Further, the lens refracts the aiming light incident from the spectroscopic means so that the position of the condensing point is within the measurement region and emits the light, and the light detector via the spectroscopic means. The incident reflected light is refracted and emitted so that the reflected light incident on the light is condensed at the position of the light detector. Then, the photodetector detects the intensity of the reflected light incident from the spectroscopic means and outputs it as a detection signal.

このようなレーザドップラ速度計は、たとえば、前記分光手段を、前記測定光の波長の光を反射し、前記照準光の波長の光を透過するダイクロイックミラーとし、当該分光手段において、前記レンズから入射した前記反射光を反射して前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を透過させて前記レンズに向けて出射する。 In such a laser Doppler velocimeter, for example, the spectroscopic means is a dichroic mirror that reflects light having a wavelength of the measurement light and transmits light having a wavelength of the aiming light, and is incident from the lens in the spectroscopic means. The reflected light is reflected and emitted toward the light detector, and the aiming light incident from the aiming laser light source is transmitted and emitted toward the lens.

または、前記分光手段を、前記測定光の波長の光を透過し、前記照準光の波長の光を反射するダイクロイックミラーとし、当該分光手段において、前記レンズから入射した前記反射光を透過させて前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を反射して前記レンズに向けて出射してもよい。 Alternatively, the spectroscopic means is a dichroic mirror that transmits light having a wavelength of the measurement light and reflects light having a wavelength of the aiming light, and the spectroscopic means transmits the reflected light incident from the lens to transmit the reflected light. In addition to emitting light toward the light detector, the aiming light incident from the aiming laser light source may be reflected and emitted toward the lens.

以上のレーザドップラ速度計においては、前記測定光として、1400nm以上2600nm以下の波長のレーザ光、たとえば、波長1550nmのレーザ光を用いてもよい。
また、以上のレーザドップラ速度計に、前記光検出器が検出した前記検出信号のビート周波数に基づいて前記被測定物の速度を計測する計測部を備えても良い。
これらのレーザドップラ速度計では、被測定物上の領域が、不可視の前記第1測定光と第2測定光とが共通に照射される測定領域となるように、被測定物に対してレーザドップラ速度計が配置されたときに、被測定物の速度を正しく計測できる。
In the above laser Doppler speedometer, a laser beam having a wavelength of 1400 nm or more and 2600 nm or less, for example, a laser beam having a wavelength of 1550 nm may be used as the measurement light.
Further, the above laser Doppler speedometer may be provided with a measuring unit that measures the speed of the object to be measured based on the beat frequency of the detection signal detected by the photodetector.
In these laser Doppler speedometers, the laser Doppler is applied to the object to be measured so that the area on the object to be measured is a measurement area in which the invisible first measurement light and the second measurement light are commonly irradiated. When the speedometer is placed, the speed of the object to be measured can be measured correctly.

そして、本レーザドップラ速度計は、可視の照準光を、集光点の位置が測定領域内の位置となるように出射するので、照準光により被測定物上に形成される光スポットの位置やサイズに基づいて、測定領域が被測定物上の所望の領域となっているかどうかを識別することができる。よって、照準光を、不可視の第1測定光と第2測定光による測定領域の照準に用いて、レーザドップラ速度計を被測定物100に対して、正しく計測が行える正規配置に設定できる。 Then, this laser Doppler speedometer emits visible aiming light so that the position of the focusing point is within the measurement area, so that the position of the light spot formed on the object to be measured by the aiming light and the position of the light spot are formed. Based on the size, it is possible to identify whether the measurement area is a desired area on the object to be measured. Therefore, the aiming light can be used to aim the measurement area by the invisible first measurement light and the second measurement light, and the laser Doppler speedometer can be set to the normal arrangement capable of correctly measuring the object 100 to be measured.

また、比較的高価なファイバ型WDM光カプラや、測定光分岐の前段に必要となる測定光と照準光の同一光路での波長合成のための光学系が不要となり、レーザドップラ速度計を低コスト、小型に構成できる。 In addition, a relatively expensive fiber-type WDM optical coupler and an optical system for wavelength synthesis of the measurement light and the aiming light in the same optical path, which are required before the measurement light branch, are not required, and the laser Doppler velocimeter is inexpensive. , Can be configured compactly.

以上のように、本発明によれば、測定に用いる不可視光である測定光を、当該測定光の照射位置の照準に用いる可視光である照準光と共に出射するレーザドップラ速度計を、小型化や低コスト化に適した、よりシンプルな構成で実現できる。 As described above, according to the present invention, the laser Doppler velocimeter that emits measurement light, which is invisible light used for measurement, together with aiming light, which is visible light used for aiming the irradiation position of the measurement light, can be miniaturized. It can be realized with a simpler configuration suitable for cost reduction.

本発明の実施形態に係るレーザドップラ速度計の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laser Doppler speedometer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザドップラ速度計の光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path of the laser Doppler speedometer which concerns on embodiment of this invention. 公知のレーザドップラ速度計の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the known laser Doppler speedometer.

以下、本発明に係るレーザドップラ速度計の実施形態について説明する。
図1aに、本実施形態に係るレーザドップラ速度計の構成を示す。
図示するようにレーザドップラ速度計は、測定用レーザ光源1、コリメータレンズ2、ビームスプリッタ3、ミラー4、対物レンズ5、ダイクロイックミラー6、光検出器7、照準用レーザ光源8、計測装置9を備えている。
Hereinafter, embodiments of the laser Doppler speedometer according to the present invention will be described.
FIG. 1a shows the configuration of the laser Doppler speedometer according to the present embodiment.
As shown in the figure, the laser Doppler speedometer includes a measurement laser light source 1, a collimator lens 2, a beam splitter 3, a mirror 4, an objective lens 5, a dichroic mirror 6, a light detector 7, an aiming laser light source 8, and a measuring device 9. I have.

測定用レーザ光源1は、計測装置9の制御に従って、近赤外レーザ光を測定光として出射する。測定用レーザ光源1が出射する近赤外レーザ光としては、1400nmから2600nmまでのアイセーフレーザと呼ばれるレーザ波長範囲の近赤外レーザ光を用いる。以下では、測定光として波長1550nmの近赤外レーザを用いるものとして説明を行う。 The measurement laser light source 1 emits near-infrared laser light as measurement light under the control of the measurement device 9. As the near-infrared laser light emitted by the measurement laser light source 1, a near-infrared laser light having a laser wavelength range of 1400 nm to 2600 nm, which is called an eye-safe laser, is used. Hereinafter, it will be described assuming that a near-infrared laser having a wavelength of 1550 nm is used as the measurement light.

照準用レーザ光源8は、計測装置9の制御に従って、可視レーザ光を照準光として出射する。以下では、照準光として波長635nmの赤色のレーザを用いるものとして説明を行う。 The aiming laser light source 8 emits visible laser light as aiming light according to the control of the measuring device 9. In the following, the description will be made assuming that a red laser having a wavelength of 635 nm is used as the aiming light.

図1aは、レーザドップラ速度計が、正しく被測定物100の速度の計測が行える配置である正規配置に、被測定物100に対して配置されている場合を示しており、正規配置にあるときレーザドップラ速度計は、図1aの右方向をx方向、上方向をz方向、紙面の表から裏に向かう方向をy方向として、被測定物100のx方向の速度vを計測する。 FIG. 1a shows a case where the laser Doppler speedometer is arranged with respect to the object to be measured 100 in a normal arrangement in which the speed of the object to be measured 100 can be measured correctly, and when the object is in the normal arrangement. The laser Doppler speedometer measures the speed v in the x direction of the object to be measured 100, with the right direction of FIG. 1a being the x direction, the upward direction being the z direction, and the direction from the front to the back of the paper surface being the y direction.

そして、正規配置にあるときの、レーザドップラ速度計の動作は以下のようになる。
測定用レーザ光源1は、測定光をコリメータレンズ2に出射し、コリメータレンズ2は、測定光を平行ビームに変換してビームスプリッタ3に出射する。
ビームスプリッタ3は、コリメータレンズ2から入射する測定光を第1測定光と第2測定光との二つの測定光に分岐し、第1測定光を被測定物100に照射し、第2測定光をミラー4に向けて出射する。
Then, the operation of the laser Doppler speedometer in the normal arrangement is as follows.
The measurement laser light source 1 emits the measurement light to the collimator lens 2, and the collimator lens 2 converts the measurement light into a parallel beam and emits it to the beam splitter 3.
The beam splitter 3 splits the measurement light incident from the collimator lens 2 into two measurement lights, the first measurement light and the second measurement light, irradiates the object 100 with the first measurement light, and the second measurement light. Is emitted toward the mirror 4.

ミラー4は、ビームスプリッタ3から入射する第2測定光を反射し、被測定物100に照射する。
ここで、ビームスプリッタ3から出射された第1測定光とミラー4から出射された第2測定光は、被測定物100の速度を計測する領域である測定領域を共通に照射する。
また、ビームスプリッタ3から出射された第1測定光はz方向に対してy方向の軸まわりに+θ傾けた方向から測定領域を照射し、ミラー4から出射された第2測定光は、z方向に対してy方向の軸まわりに-θ傾けた方向から測定領域を照射する。
The mirror 4 reflects the second measurement light incident from the beam splitter 3 and irradiates the object 100 to be measured.
Here, the first measurement light emitted from the beam splitter 3 and the second measurement light emitted from the mirror 4 commonly irradiate a measurement region, which is a region for measuring the velocity of the object 100 to be measured.
Further, the first measurement light emitted from the beam splitter 3 irradiates the measurement region from a direction tilted by + θ about the axis in the y direction with respect to the z direction, and the second measurement light emitted from the mirror 4 is in the z direction. The measurement area is irradiated from a direction tilted by -θ around the axis in the y direction.

次に、対物レンズ5は、被測定物100の測定領域で反射された第1測定光と第2測定光の反射光をダイクロイックミラー6を介して光検出器7に集光する。
ここで、対物レンズ5は、被測定物100の測定領域とxy方向に関して重なる位置に配置されており、その光軸の方向はz方向である。また、対物レンズ5の光軸とビームスプリッタ3から出射された第1測定光の光軸の成す角は+θであり、対物レンズ5の光軸とミラー4から出射された第2測定光の光軸が成す角は-θである。
Next, the objective lens 5 collects the reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement region of the object to be measured 100 on the photodetector 7 via the dichroic mirror 6.
Here, the objective lens 5 is arranged at a position overlapping the measurement region of the object to be measured 100 with respect to the xy direction, and the direction of the optical axis thereof is the z direction. Further, the angle formed by the optical axis of the objective lens 5 and the optical axis of the first measurement light emitted from the beam splitter 3 is + θ, and the optical axis of the objective lens 5 and the second measurement light emitted from the mirror 4 The angle formed by the optical axis is -θ.

図1bに、x方向に見た、被測定物100で反射された第1測定光と第2測定光の反射光と、対物レンズ5と、ダイクロイックミラー6と、光検出器7との位置関係を示す。
図示するように、被測定物100の測定領域で反射された第1測定光と第2測定光の反射光は、対物レンズ5を通ってダイクロイックミラー6に-z方向から入射する。
ダイクロイックミラー6は、測定光の波長である1550nmの光を100%反射し、照準光の波長である635nmの光を100%透過する。また、光検出器7は、ダイクロイックミラー6から見てy方向に配置されている。
FIG. 1b shows the positional relationship between the first measurement light and the second measurement light reflected by the object to be measured 100, the objective lens 5, the dichroic mirror 6, and the photodetector 7 as seen in the x direction. Is shown.
As shown in the figure, the reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement region of the object to be measured 100 passes through the objective lens 5 and is incident on the dichroic mirror 6 from the −z direction.
The dichroic mirror 6 reflects 100% of the light of 1550 nm, which is the wavelength of the measurement light, and 100% of the light of 635 nm, which is the wavelength of the aiming light. Further, the photodetector 7 is arranged in the y direction when viewed from the dichroic mirror 6.

よって、ダイクロイックミラー6は、対物レンズ5からz方向に入射する第1測定光と第2測定光の反射光を光検出器7の方向(y方向)に反射し、これにより、対物レンズ5によって第1測定光と第2測定光の反射光がダイクロイックミラー6を介して光検出器7に集光される。 Therefore, the dichroic mirror 6 reflects the reflected light of the first measurement light and the second measurement light incident on the objective lens 5 in the z direction in the direction (y direction) of the light detector 7, thereby the objective lens 5. The reflected light of the first measurement light and the second measurement light is focused on the light detector 7 via the dichroic mirror 6.

次に、光検出器7は、対物レンズ5によってダイクロイックミラー6を介して集光された測定光の反射光を光電変換した検出信号を計測装置9に出力する。
ここで、第1測定光の反射光の周波数と第2測定光の反射光の周波数には、被測定物100の速度vに応じた大きさのドップラシフトが逆方向に生じており、光検出器7が出力する検出信号には、ドップラシフトの大きさに応じた周波数のビートが生じている。
計測装置9は、光検出器7から出力された検出信号のビート周波数を計測し、計測したビート周波数から被測定物100の速度vを算定する。
Next, the photodetector 7 outputs a detection signal obtained by photoelectrically converting the reflected light of the measurement light collected by the objective lens 5 through the dichroic mirror 6 to the measurement device 9.
Here, the frequency of the reflected light of the first measurement light and the frequency of the reflected light of the second measurement light have a Doppler shift of a magnitude corresponding to the speed v of the object to be measured 100 in opposite directions, and the light is detected. In the detection signal output by the device 7, a beat having a frequency corresponding to the magnitude of the Doppler shift is generated.
The measuring device 9 measures the beat frequency of the detection signal output from the photodetector 7, and calculates the velocity v of the object to be measured 100 from the measured beat frequency.

次に、照準用レーザ光源8が出射した照準光は、z方向からダイクロイックミラー6に入射する。そして、照準光は、そのままダイクロイックミラー6を透過して対物レンズ5に入射する。
対物レンズ5は、色収差補正レンズであり、入射する照準光を、第1測定光と第2測定光が共通に照射する被測定物100の測定領域の中心が集光点となるように屈折させて-z方向に出射する。
したがって、被測定物100の測定領域の中心には、照準光による可視の光スポットが形成される。
Next, the aiming light emitted by the aiming laser light source 8 is incident on the dichroic mirror 6 from the z direction. Then, the aiming light passes through the dichroic mirror 6 as it is and is incident on the objective lens 5.
The objective lens 5 is a chromatic aberration correction lens, and refracts the incident aiming light so that the center of the measurement region of the object to be measured 100, which is commonly irradiated by the first measurement light and the second measurement light, is the focusing point. It emits light in the -z direction.
Therefore, a visible light spot due to the aiming light is formed at the center of the measurement region of the object to be measured 100.

以上、被測定物100に対してレーザドップラ速度計が、正しく被測定物100の速度の計測が行える正規配置にあるときのレーザドップラ速度計の動作について説明した。
さて上述の通り、レーザドップラ速度計は、図2に示すように、正規配置にあるときの被測定物100の測定領域の中心Fを通る照準光を-z方向に出射するので、照準光により被測定物100上に形成される光スポットのxy方向の位置に基づいて、レーザドップラ速度計の配置をxy方向に関して正規配置に設定することができる。
The operation of the laser Doppler speedometer when the laser Doppler speedometer is in the normal arrangement with respect to the object to be measured 100 so that the speed of the object to be measured 100 can be measured correctly has been described above.
As described above, as shown in FIG. 2, the laser Doppler speedometer emits the aiming light passing through the center F of the measurement region of the object to be measured 100 in the normal arrangement in the -z direction. Based on the position of the light spot formed on the object to be measured 100 in the xy direction, the arrangement of the laser Doppler speedometer can be set to the normal arrangement with respect to the xy direction.

また、レーザドップラ速度計は、正規配置にあるときに被測定物100の測定領域の中心Fが集光点となる照準光を出射する。したがって、正規配置にあるときに被測定物100上に照準光により形成される光スポットのサイズは最小となり、レーザドップラ速度計が正規配置から被測定物100に対してz方向、-z方向にずれていくに従い、照準光により被測定物100上に形成される光スポットのサイズは大きくなる。したがって、照準光により形成される光スポットのサイズに基づいて、レーザドップラ速度計の配置をz方向に関して正規配置に設定できる。 Further, the laser Doppler speedometer emits aiming light in which the center F of the measurement region of the object to be measured 100 is the focusing point when the laser Doppler speedometer is in the normal arrangement. Therefore, the size of the light spot formed by the aiming light on the object to be measured 100 is minimized when the object is in the normal arrangement, and the laser Doppler speedometer moves from the normal arrangement to the object 100 to be measured in the z direction and the -z direction. As the deviation increases, the size of the light spot formed on the object to be measured 100 by the aiming light increases. Therefore, the arrangement of the laser Doppler speedometer can be set to the normal arrangement in the z direction based on the size of the light spot formed by the aiming light.

本実施形態によれば、照準光を、不可視の第1測定光と第2測定光による測定領域の照準に用いて、レーザドップラ速度計を被測定物100に対して、正しく計測が行える正規配置に設定できる。
また、比較的高価なファイバ型WDM光カプラや、測定光分岐の前段に必要となる測定光と照準光の同一光路への波長合成のための光学系が不要となり、レーザドップラ速度計を低コスト、小型に構成できる。
According to the present embodiment, the aiming light is used for aiming the measurement area by the invisible first measurement light and the second measurement light, and the laser Doppler speedometer can be correctly measured with respect to the object to be measured 100. Can be set to.
In addition, a relatively expensive fiber-type WDM optical coupler and an optical system for wavelength synthesis of the measurement light and the aiming light in the same optical path, which are required before the measurement light branch, are not required, and the laser Doppler velocimeter is inexpensive. , Can be configured compactly.

以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態のレーザドップラ速度計の構成は、ダイクロイックミラー6として、測定光の波長である1550nmの光を100%透過し、照準光の波長である635nmの光を100%反射するダイクロイックミラー6を用い、光検出器7と照準用レーザ光源8の配置を交換した構成としてもよい。
The embodiment of the present invention has been described above.
The configuration of the laser Doppler velocimeter of the present embodiment is a dichroic mirror 6 that transmits 100% of the light of 1550 nm, which is the wavelength of the measurement light, and reflects 100% of the light of 635 nm, which is the wavelength of the aiming light. 6 may be used and the arrangement of the light detector 7 and the aiming laser light source 8 may be exchanged.

1…測定用レーザ光源、2…コリメータレンズ、3…ビームスプリッタ、4…ミラー、5…対物レンズ、6…ダイクロイックミラー、7…光検出器、8…照準用レーザ光源、9…計測装置、100…被測定物。 1 ... Laser light source for measurement, 2 ... Collimator lens, 3 ... Beam splitter, 4 ... Mirror, 5 ... Objective lens, 6 ... Dichroic mirror, 7 ... Light detector, 8 ... Laser light source for aiming, 9 ... Measuring device, 100 … The object to be measured.

Claims (7)

被測定物の速度を測定するレーザドップラ速度計であって、
波長が可視領域外のレーザ光である測定光を出射する測定用レーザ光源と、
前記測定光を第1測定光と第2測定光とに分割するビームスプリッタと、
前記第1測定光と第2測定光とが、当該レーザドップラ速度計に対する相対位置が予め定められている領域である測定領域を異なる方向から照射するように、前記第1測定光と第2測定光とを、当該第1測定光と第2測定光のうちの少なくとも一方の進行方向を変化させて出射する進路変更光学系と、
前記測定領域で反射した前記第1測定光と第2測定光の反射光の強度を検出し、検出信号として出力する光検出器と、
波長が可視領域内のレーザ光である照準光を出射する照準レーザ光源と、
前記照準レーザ光源が出射した前記照準光を、集光点の位置が前記測定領域内の位置となるように屈折させて出射する屈折光学系とを有することを特徴とするレーザドップラ速度計。
A laser Doppler speedometer that measures the speed of an object to be measured.
A laser light source for measurement that emits measurement light whose wavelength is outside the visible region,
A beam splitter that splits the measurement light into a first measurement light and a second measurement light,
The first measurement light and the second measurement light so that the first measurement light and the second measurement light irradiate the measurement area, which is a region in which the relative position with respect to the laser Doppler velocimeter is predetermined, from different directions. A course changing optical system that emits light by changing the traveling direction of at least one of the first measurement light and the second measurement light.
A photodetector that detects the intensity of the reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement region and outputs it as a detection signal.
An aiming laser light source that emits aiming light whose wavelength is within the visible region,
A laser Doppler speedometer characterized by having a refracting optical system that refracts the aiming light emitted by the aiming laser light source so that the position of a condensing point is within the measurement region and emits the light.
被測定物の速度を測定するレーザドップラ速度計であって、
波長が可視領域外のレーザ光である測定光を出射する測定用レーザ光源と、
前記測定光を第1測定光と第2測定光とに分割するビームスプリッタと、
前記第1測定光と第2測定光とが、当該レーザドップラ速度計に対する相対位置が予め定められている領域である測定領域を異なる方向から照射するように、前記第1測定光と第2測定光とを、当該第1測定光と第2測定光のうちの少なくとも一方の進行方向を変化させて出射する進路変更光学系と、
波長が可視領域内のレーザ光である照準光を出射する照準レーザ光源と、
分光手段と、
前記進路変更光学系から出射される前記第1測定光の光軸と、前記進路変更光学系から出射される前記第2測定光の光軸との間に光軸が位置するように配置されたレンズと、
光検出器とを有し、
前記測定領域で反射した前記第1測定光と第2測定光の反射光は、前記レンズに入射し、
前記照準レーザ光源から出射された前記照準光は、前記分光手段に入射し、
前記レンズは、入射した前記反射光を前記分光手段に出射し、
前記分光手段は、前記レンズから入射した前記反射光を前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を、前記レンズに向けて出射し、
前記レンズは、前記分光手段から入射した前記照準光を、集光点の位置が前記測定領域内の位置となるように屈折させて出射すると共に、前記分光手段を介して前記光検出器に入射する反射光が当該光検出器の位置で集光するように、入射した前記反射光を屈折させて出射し、
前記光検出器は、前記分光手段から入射した前記反射光の強度を検出し検出信号として出力することを特徴とするレーザドップラ速度計。
A laser Doppler speedometer that measures the speed of an object to be measured.
A laser light source for measurement that emits measurement light whose wavelength is outside the visible region,
A beam splitter that splits the measurement light into a first measurement light and a second measurement light,
The first measurement light and the second measurement light so that the first measurement light and the second measurement light irradiate the measurement area, which is a region in which the relative position with respect to the laser Doppler velocimeter is predetermined, from different directions. A course changing optical system that emits light by changing the traveling direction of at least one of the first measurement light and the second measurement light.
An aiming laser light source that emits aiming light whose wavelength is within the visible region,
Spectral means and
The optical axis is arranged so as to be located between the optical axis of the first measurement light emitted from the course changing optical system and the optical axis of the second measurement light emitted from the course changing optical system. With the lens
Has a photodetector
The reflected light of the first measurement light and the second measurement light reflected in the measurement region is incident on the lens.
The aiming light emitted from the aiming laser light source is incident on the spectroscopic means, and the aiming light is incident on the spectroscopic means.
The lens emits the incident reflected light to the spectroscopic means.
The spectroscopic means emits the reflected light incident from the lens toward the photodetector, and emits the aiming light incident from the aiming laser light source toward the lens.
The lens refracts and emits the aiming light incident from the spectroscopic means so that the position of the condensing point is within the measurement region, and is incident on the light detector via the spectroscopic means. The incident reflected light is refracted and emitted so that the reflected light is focused at the position of the light detector.
The photodetector is a laser Doppler speedometer characterized by detecting the intensity of the reflected light incident from the spectroscopic means and outputting it as a detection signal.
請求項2記載のレーザドップラ速度計であって、
前記分光手段は、前記測定光の波長の光を反射し、前記照準光の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、
当該分光手段は、前記レンズから入射した前記反射光を反射して前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を透過させて前記レンズに向けて出射することを特徴とするレーザドップラ速度計。
The laser Doppler speedometer according to claim 2.
The spectroscopic means is a dichroic mirror that reflects light having a wavelength of the measurement light and transmits light having a wavelength of the aiming light.
The spectroscopic means reflects the reflected light incident from the lens and emits it toward the light detector, and transmits the aiming light incident from the aiming laser light source and emits it toward the lens. A laser Doppler speedometer featuring.
請求項2記載のレーザドップラ速度計であって、
前記分光手段は、前記測定光の波長の光を透過し、前記照準光の波長の光を反射するダイクロイックミラーであり、
当該分光手段は、前記レンズから入射した前記反射光を透過させて前記光検出器に向けて出射すると共に、前記照準レーザ光源から入射した前記照準光を反射して前記レンズに向けて出射することを特徴とするレーザドップラ速度計。
The laser Doppler speedometer according to claim 2.
The spectroscopic means is a dichroic mirror that transmits light having a wavelength of the measurement light and reflects light having a wavelength of the aiming light.
The spectroscopic means transmits the reflected light incident from the lens and emits it toward the light detector, and reflects the aiming light incident from the aiming laser light source and emits it toward the lens. A laser Doppler speedometer featuring.
請求項1、2、3または4記載のレーザドップラ速度計であって、
前記測定光として、1400nm以上2600nm以下の波長のレーザ光を用いることを特徴とするレーザドップラ速度計。
The laser Doppler speedometer according to claim 1, 2, 3 or 4.
A laser Doppler speedometer characterized in that a laser beam having a wavelength of 1400 nm or more and 2600 nm or less is used as the measurement light.
請求項5記載のレーザドップラ速度計であって、
前記測定光として、波長1550nmのレーザ光を用いることを特徴とするレーザドップラ速度計。
The laser Doppler speedometer according to claim 5.
A laser Doppler speedometer characterized in that a laser beam having a wavelength of 1550 nm is used as the measurement light.
請求項1、2、3、4、5または6記載のレーザドップラ速度計であって、
前記光検出器が検出した前記検出信号のビート周波数に基づいて前記被測定物の速度を計測する計測部を有することを特徴とするレーザドップラ速度計。
The laser Doppler speedometer according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
A laser Doppler speedometer comprising a measuring unit that measures the speed of the object to be measured based on the beat frequency of the detection signal detected by the photodetector.
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