JP2696117B2 - ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 - Google Patents
ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計Info
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- JP2696117B2 JP2696117B2 JP1255216A JP25521689A JP2696117B2 JP 2696117 B2 JP2696117 B2 JP 2696117B2 JP 1255216 A JP1255216 A JP 1255216A JP 25521689 A JP25521689 A JP 25521689A JP 2696117 B2 JP2696117 B2 JP 2696117B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被測定物の変位及び速度を計測するビー
ム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計に関する。
ム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計に関する。
従来の技術による被測定物の変位及び速度を計測する
ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計は、第
３図に示すような光学系基本構成のものである。即ち、
受光ファイバで接続された垂直振動計測用プローブＡと
信号処理部Ｂとから構成され、垂直振動計測用プローブ
Ａにおいては、レーザドライバ81と半導体レーザ82とか
らなるレーザ光源、コリメートレンズ83、第１ビームス
プリッタ84、偏光ビームスプリッタ85、凹レンズ86、λ
/4板87及びカメラレンズ88が直線的に並ぶ光学系、第１
ビームスプリッタ84から分岐し、第２ビームスプリッタ
89に到る光路中の音響光変調器90、偏光ビームスプリッ
タ85から分岐した光線を第２ビームスプリッタ89に指向
させるミラー91、並びに第２ビームスプリッタ89先端の
フォーカスレンズ92が設けられている。
ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計は、第
３図に示すような光学系基本構成のものである。即ち、
受光ファイバで接続された垂直振動計測用プローブＡと
信号処理部Ｂとから構成され、垂直振動計測用プローブ
Ａにおいては、レーザドライバ81と半導体レーザ82とか
らなるレーザ光源、コリメートレンズ83、第１ビームス
プリッタ84、偏光ビームスプリッタ85、凹レンズ86、λ
/4板87及びカメラレンズ88が直線的に並ぶ光学系、第１
ビームスプリッタ84から分岐し、第２ビームスプリッタ
89に到る光路中の音響光変調器90、偏光ビームスプリッ
タ85から分岐した光線を第２ビームスプリッタ89に指向
させるミラー91、並びに第２ビームスプリッタ89先端の
フォーカスレンズ92が設けられている。
信号処理部Ｂには、光検出器93及びそれに接続された
プリアンプ94等と共に音響光学変調器90に入力するドラ
イバ95が設けられている。
プリアンプ94等と共に音響光学変調器90に入力するドラ
イバ95が設けられている。
そうして、垂直振動計測用プローブＡのフォーカスレ
ンズ92と信号処理部Ｂの光検出器93とは受光ファイバ96
により接続されている。
ンズ92と信号処理部Ｂの光検出器93とは受光ファイバ96
により接続されている。
上記のレーザドップラ振動計において、半導体レーザ
82から出射光は、コリメートレンズ83によってコリメー
トされ、第１ビームスプリッタ84によって透過光と反射
光とに分岐される。
82から出射光は、コリメートレンズ83によってコリメー
トされ、第１ビームスプリッタ84によって透過光と反射
光とに分岐される。
透過光は、偏光ビームスプリッタ85、凹レンズ86、λ
/4板87及びカメラレンズ88を通って被測定物Ｗに照射さ
れ、その散乱光が再び偏光ビームスプリッタ85に返る。
散乱光は、λ/4板87を往復することで偏波面が90度回転
されているので、偏光ビームスプリッタ85で反射され、
それからミラー91、第２ビームスプリッタ89及びフォー
カスレンズ92の光路を通り、通信光として受光ファイバ
96に入射される。
/4板87及びカメラレンズ88を通って被測定物Ｗに照射さ
れ、その散乱光が再び偏光ビームスプリッタ85に返る。
散乱光は、λ/4板87を往復することで偏波面が90度回転
されているので、偏光ビームスプリッタ85で反射され、
それからミラー91、第２ビームスプリッタ89及びフォー
カスレンズ92の光路を通り、通信光として受光ファイバ
96に入射される。
他方、反射光は、音響光学変調器90によって所定周波
数だけシフトされ、第２ビームスプリッタ89及びフォー
カスレンズ92の光路を通り、参照光として受光ファイバ
96に入射される。
数だけシフトされ、第２ビームスプリッタ89及びフォー
カスレンズ92の光路を通り、参照光として受光ファイバ
96に入射される。
周波数の異なる信号光と参照光とは、受光ファイバ96
で信号処理部Ｂの光検出器93に導かれ、光検出器93から
得られる２つの光の周波数差に相当するビート周波数が
信号処理部Ｂで計測される。信号光の周波数は、被測定
物Ｗの移動によるドツプラ効果に基づき、移動速度に応
じた周波数のシフトが行われるので、ビート周波数もそ
れに応じて変化する。その変化したビート周波数を測定
することにより垂直方向の移動速度を知ることができ
る。
で信号処理部Ｂの光検出器93に導かれ、光検出器93から
得られる２つの光の周波数差に相当するビート周波数が
信号処理部Ｂで計測される。信号光の周波数は、被測定
物Ｗの移動によるドツプラ効果に基づき、移動速度に応
じた周波数のシフトが行われるので、ビート周波数もそ
れに応じて変化する。その変化したビート周波数を測定
することにより垂直方向の移動速度を知ることができ
る。
従来の技術によるレーザドップラ振動計においては、
垂直振動計測用プローブＡのカメラレンズから被測定物
にレーザビームが照射された上、被測定物で反射され、
通信光として受光ファイバを介して信号処理部に入射す
る。そのため、通信光の光路長は、参照光の光路長に比
し少なくともカメラレンズから被測定物までの距離の２
倍長だけ長い上、垂直振動計測用プローブＡ内において
も前者の光路長は、後者の光路長より長くなっており、
両者の光路長の差は大きい。ところが、レーザドップラ
振動計においては、両者の光路長の差が大きいと検出信
号出力が小さくなる。
垂直振動計測用プローブＡのカメラレンズから被測定物
にレーザビームが照射された上、被測定物で反射され、
通信光として受光ファイバを介して信号処理部に入射す
る。そのため、通信光の光路長は、参照光の光路長に比
し少なくともカメラレンズから被測定物までの距離の２
倍長だけ長い上、垂直振動計測用プローブＡ内において
も前者の光路長は、後者の光路長より長くなっており、
両者の光路長の差は大きい。ところが、レーザドップラ
振動計においては、両者の光路長の差が大きいと検出信
号出力が小さくなる。
しかも、プローブ部は構成部品が多く、構造の複雑・
大型が避けられないので、カメラレンズを被測定物に接
近することができず、操作性が悪く、被測定物が制限さ
れる。そのことは、プローブ部のカメラレンズ箇所に光
ファイバを取付け、光ファイバの先端を被測定物に接近
させることで解消するが、前記の光路長差は益々増大
し、性能は低下する。
大型が避けられないので、カメラレンズを被測定物に接
近することができず、操作性が悪く、被測定物が制限さ
れる。そのことは、プローブ部のカメラレンズ箇所に光
ファイバを取付け、光ファイバの先端を被測定物に接近
させることで解消するが、前記の光路長差は益々増大
し、性能は低下する。
更に、損失が多いビームスプリッタを用いて偏波面が
直交する２種の反射光（入光と逆方向の光）を分岐して
入射光と同一の偏波面の反射光を取出しているため、光
検出器における光量が減少し、レーザの出力を過大にす
る必要がある。
直交する２種の反射光（入光と逆方向の光）を分岐して
入射光と同一の偏波面の反射光を取出しているため、光
検出器における光量が減少し、レーザの出力を過大にす
る必要がある。
この発明によるビーム分岐光学系を用いたレーザドッ
プラ振動計は、光学系装置部とプローブ部をその両者を
接続する偏波面保存光ファイバとから構成されている。
プラ振動計は、光学系装置部とプローブ部をその両者を
接続する偏波面保存光ファイバとから構成されている。
そして、プローブ部は、偏波面保存光ファイバとの結
合部で偏波面保存光ファイバにより搬送されてきたレー
ザビームを参照光となる反射光と、被測定体に照射され
被測定体で反射された物体光となる透過光とに分岐し、
物体光の偏波面を直角に回転する光学系をもっており、 光学系装置部は、（ｉ）レーザ光源と、（ii）ファラ
デ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ/2板及び光路屈曲
手段の組合せより構成され、互に偏波面が直交する参照
光と物体光とを分岐・合流する夫々の光路である２光路
を成すと共に、参照光光路と物体光光路との光路長差
を、前記プローブ部の偏波面保存光ファイバとの結合部
・被測定体間の光路長の略２倍とし、且つ前記２光路中
の一方の光路の一部はレーザ光源からプローブ部へのレ
ーザビームの光路を成し、該一方の光路の残部又は前記
２光路中の他方の光路に光学変調手段を設けた光学系
と、（iii）いずれか一方が光学変調されている物体光
と参照光とで生じるビードを検出し、被測定体の移動速
度を演算する信号処理部とを備えている。
合部で偏波面保存光ファイバにより搬送されてきたレー
ザビームを参照光となる反射光と、被測定体に照射され
被測定体で反射された物体光となる透過光とに分岐し、
物体光の偏波面を直角に回転する光学系をもっており、 光学系装置部は、（ｉ）レーザ光源と、（ii）ファラ
デ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ/2板及び光路屈曲
手段の組合せより構成され、互に偏波面が直交する参照
光と物体光とを分岐・合流する夫々の光路である２光路
を成すと共に、参照光光路と物体光光路との光路長差
を、前記プローブ部の偏波面保存光ファイバとの結合部
・被測定体間の光路長の略２倍とし、且つ前記２光路中
の一方の光路の一部はレーザ光源からプローブ部へのレ
ーザビームの光路を成し、該一方の光路の残部又は前記
２光路中の他方の光路に光学変調手段を設けた光学系
と、（iii）いずれか一方が光学変調されている物体光
と参照光とで生じるビードを検出し、被測定体の移動速
度を演算する信号処理部とを備えている。
上記のビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動
計において、レーザーから出射されたレーザービーム
は、光学系装置部の２光路中の一方の光路の一部を通り
偏波面保存光ファイバを介して，プローブ部に入射し、
その一部は反射されて参照光となり、他の一部はプロー
ブ部を透過し、被測定体に照射され、被測定体で反射さ
れた物体光となって再びプローブ部に逆に入射し、参照
光と共に再び偏波面保存光ファイバを介して、光学系装
置部に戻る。その際、物体光は、プローブ部の透過によ
り偏波面が直角に回転されているので、物体光と参照光
とは、互いに偏波面が直交している。
計において、レーザーから出射されたレーザービーム
は、光学系装置部の２光路中の一方の光路の一部を通り
偏波面保存光ファイバを介して，プローブ部に入射し、
その一部は反射されて参照光となり、他の一部はプロー
ブ部を透過し、被測定体に照射され、被測定体で反射さ
れた物体光となって再びプローブ部に逆に入射し、参照
光と共に再び偏波面保存光ファイバを介して、光学系装
置部に戻る。その際、物体光は、プローブ部の透過によ
り偏波面が直角に回転されているので、物体光と参照光
とは、互いに偏波面が直交している。
光学系装置部に入射した互いに偏波面が直交している
物体光と参照光とは、２光路に分岐され、夫々の光路を
進み、再び合流して信号処理部に入射する。その際、分
岐と合流との間に、ファラデ回転子、偏光ビームスプリ
ッタ及びλ/2板の組合せ作用によりレーザーから出射さ
れたレーザービームの光路と一部分が共用される２光路
中の一方の光路を進む物体光又は参照光は、レーザーか
ら出射されたレーザービームとの分岐が行われ、且つ互
に偏波面が直交している物体光と参照光とは、偏波面が
同一向きにされると共に両者の一方は、光学変調手段に
より光学変調される。
物体光と参照光とは、２光路に分岐され、夫々の光路を
進み、再び合流して信号処理部に入射する。その際、分
岐と合流との間に、ファラデ回転子、偏光ビームスプリ
ッタ及びλ/2板の組合せ作用によりレーザーから出射さ
れたレーザービームの光路と一部分が共用される２光路
中の一方の光路を進む物体光又は参照光は、レーザーか
ら出射されたレーザービームとの分岐が行われ、且つ互
に偏波面が直交している物体光と参照光とは、偏波面が
同一向きにされると共に両者の一方は、光学変調手段に
より光学変調される。
かくして、同一向きの偏波面で、且つ周波数差をもっ
て信号処理部に入射した物体光と参照光とは、信号処理
部においてビートが検出され、それに基づいて被測定体
の移動速度乃至変位量が演算される。
て信号処理部に入射した物体光と参照光とは、信号処理
部においてビートが検出され、それに基づいて被測定体
の移動速度乃至変位量が演算される。
この発明の実施例を図面に従って説明する。
第１図に示す第１実施例におけるレーザドップラ振動
計は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系
装置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部
Ａは、レーザドライバ11と出力管12とからなるガスレー
ザ光源10、第１偏光ビームスプリッタ13、ファラデ回転
子14、λ/2板15、45度ミラー16、第２偏光ビームスプリ
ッタ17及びフォーカスレンズ18が順次並ぶ光学系と、第
２偏光ビームスプリッタ17から分岐した光路中のλ/2板
19、ビームスプリッタ20及び信号処理部21が順次直線的
に並ぶ光学系と、第１偏光ビームスプリッタ13から分岐
し、ビームスプリッタ20に到る光路中の音響光学変調器
22とから構成され、信号処理部21には、光検出器23とそ
れに接続されたプリアンプ24等が設けられていると共
に、音響光学変調器に入力するドライバ25が備えられて
いる。
計は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系
装置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部
Ａは、レーザドライバ11と出力管12とからなるガスレー
ザ光源10、第１偏光ビームスプリッタ13、ファラデ回転
子14、λ/2板15、45度ミラー16、第２偏光ビームスプリ
ッタ17及びフォーカスレンズ18が順次並ぶ光学系と、第
２偏光ビームスプリッタ17から分岐した光路中のλ/2板
19、ビームスプリッタ20及び信号処理部21が順次直線的
に並ぶ光学系と、第１偏光ビームスプリッタ13から分岐
し、ビームスプリッタ20に到る光路中の音響光学変調器
22とから構成され、信号処理部21には、光検出器23とそ
れに接続されたプリアンプ24等が設けられていると共
に、音響光学変調器に入力するドライバ25が備えられて
いる。
プローブ部Ｂには、ハーフミラー26、λ/4板27及び対
物レンズ28が直線状に並んで設けられている。ハーフミ
ラー26は、省略され得る。
物レンズ28が直線状に並んで設けられている。ハーフミ
ラー26は、省略され得る。
そうして、光学系装置部Ａのフォーカスレンズ18とプ
ローブ部Ｂのハーフミラー26とは、偏波面保存光ファイ
バＣにより接続されている。
ローブ部Ｂのハーフミラー26とは、偏波面保存光ファイ
バＣにより接続されている。
第２図に示す第２実施例におけるレーザドップラ振動
計は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系
装置部Ａとプローブ部とから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ11と出力管12とからなるガスレーザ
光源10、第１偏光ビームスプリッタ13、ファラデ回転子
14、λ/2板15、第２偏光ビームスプリッタ17及びフォー
カスレンズ18が直接的に順次並ぶ光学系と、第２偏光ビ
ームスプリッタ17から分岐した光路中のビームスプリッ
タ20及び信号処理部21が順次直接的に並ぶ光学系と、第
１偏光ビームスプリッタ13から分岐し、ビームスプリッ
タ20に到る光路中の音響光学変調器22及び45度ミラー16
が並ぶ光学系とから構成されている。
計は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系
装置部Ａとプローブ部とから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ11と出力管12とからなるガスレーザ
光源10、第１偏光ビームスプリッタ13、ファラデ回転子
14、λ/2板15、第２偏光ビームスプリッタ17及びフォー
カスレンズ18が直接的に順次並ぶ光学系と、第２偏光ビ
ームスプリッタ17から分岐した光路中のビームスプリッ
タ20及び信号処理部21が順次直接的に並ぶ光学系と、第
１偏光ビームスプリッタ13から分岐し、ビームスプリッ
タ20に到る光路中の音響光学変調器22及び45度ミラー16
が並ぶ光学系とから構成されている。
プローブ部Ｂには、ハーフミラー26、λ/4板27及び対
物レンズ28が直線状に並んで設けられている。ハーフミ
ラー26は、第１実施例同様に省略され得る。
物レンズ28が直線状に並んで設けられている。ハーフミ
ラー26は、第１実施例同様に省略され得る。
そうして、光学系装置部Ａのフォーカスレンズ18とプ
ローブ部Ｂのハーフミラー26とは、偏波面保存光ファイ
バＣにより接続されている。
ローブ部Ｂのハーフミラー26とは、偏波面保存光ファイ
バＣにより接続されている。
レーザドップラ振動計において、光検出器23にでの光
学的検出信号を効率よい大きいものとするためには、物
体光と参照光との光路長をできるだけ同長とすることが
好ましい。
学的検出信号を効率よい大きいものとするためには、物
体光と参照光との光路長をできるだけ同長とすることが
好ましい。
従って、上記両実施例において、第２偏光ビームスプ
リッタ17からビームスプリッタ20に到る参照光光路長と
物体光光路長との差をプローブ部Ｂのハーフミラー26と
被測定物Ｗの反射面との距離の２倍にできるだけ等しく
するように構成すればよい。
リッタ17からビームスプリッタ20に到る参照光光路長と
物体光光路長との差をプローブ部Ｂのハーフミラー26と
被測定物Ｗの反射面との距離の２倍にできるだけ等しく
するように構成すればよい。
第１実施例においては、45度ミラー16・第２偏光ビー
ムスプリッタ17間の距離（第１偏光ビームスプリッタ13
・ビームスプリッタ20間の距離）をプローブ部Ｂのハー
フミラー26と被測定物Ｗの反射面との距離にできるだけ
等しくするように構成すればよく、又、第２実施例にお
いては、第１偏光ビームスプリッタ13・第２偏光ビーム
スプリッタ17間の距離（14度ミラー16・ビームスプリッ
タ20間の距離）をプローブ部Ｂのハーフミラー26と被測
定物Ｗの反射面との距離にできるだけ等しくするように
構成すればよい。
ムスプリッタ17間の距離（第１偏光ビームスプリッタ13
・ビームスプリッタ20間の距離）をプローブ部Ｂのハー
フミラー26と被測定物Ｗの反射面との距離にできるだけ
等しくするように構成すればよく、又、第２実施例にお
いては、第１偏光ビームスプリッタ13・第２偏光ビーム
スプリッタ17間の距離（14度ミラー16・ビームスプリッ
タ20間の距離）をプローブ部Ｂのハーフミラー26と被測
定物Ｗの反射面との距離にできるだけ等しくするように
構成すればよい。
上記のレーザドップラ振動計の作用について説明す
る。
る。
先ず、第１実施例のレーザドップラ振動計において、
出力管12からレーザビームは、第１偏光ビームスプリッ
タ13に入射されるが、第１偏光ビームスプリッタ13に対
してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリッタ13
を透過し、ファラデ回転子14に入射する。
出力管12からレーザビームは、第１偏光ビームスプリッ
タ13に入射されるが、第１偏光ビームスプリッタ13に対
してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリッタ13
を透過し、ファラデ回転子14に入射する。
ファラデ回転子14に入射したレーザビームは、ファラ
デ効果により偏光方向が＋45度回転されファラデ回転子
14から出射し、λ/2板15に入射し、更に偏光方向が＋45
度回転される。そうして、45度ミラー16により直角方向
に反射され、第２偏光ビームスプリッタ17への入射光と
なる。第２偏光ビームスプリッタ17への入射光は、Ｐ偏
光状態から偏光方向が既に２回の＋45度回転により偏波
面が90度回転され、第２偏光ビームスプリッタ17に対し
てＳ偏光状態となっているから、第２偏光ビームスプリ
ッタ17により直角方向に反射され、フォーカスレンズ18
に入射する。フォーカスレンズ18に入射したレーザビー
ムは、偏波面保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波
面保存光ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイ
バＣの他端面に密着したハーフミラー26により透過光と
反射光とに分岐される。
デ効果により偏光方向が＋45度回転されファラデ回転子
14から出射し、λ/2板15に入射し、更に偏光方向が＋45
度回転される。そうして、45度ミラー16により直角方向
に反射され、第２偏光ビームスプリッタ17への入射光と
なる。第２偏光ビームスプリッタ17への入射光は、Ｐ偏
光状態から偏光方向が既に２回の＋45度回転により偏波
面が90度回転され、第２偏光ビームスプリッタ17に対し
てＳ偏光状態となっているから、第２偏光ビームスプリ
ッタ17により直角方向に反射され、フォーカスレンズ18
に入射する。フォーカスレンズ18に入射したレーザビー
ムは、偏波面保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波
面保存光ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイ
バＣの他端面に密着したハーフミラー26により透過光と
反射光とに分岐される。
この場合、ハーフミラー26は必ずしも必要とはとな
い。効率が悪いが、偏波面保存光ファイバＣと空気との
屈折率の差異により偏波面保存光ファイバＣの端面で反
射が生じ、反射光が分岐され得る。
い。効率が悪いが、偏波面保存光ファイバＣと空気との
屈折率の差異により偏波面保存光ファイバＣの端面で反
射が生じ、反射光が分岐され得る。
透過光は、λ/4板27及び対物レンズ28を透過し、被測
定物Ｗに照射される。そこでの反射光（以下物体光とい
う）が再び対物レンズ28に入射され、対物レンズ28及び
λ/4板27を透過し、ハーフミラー26に入射する。その際
には、物体光は、λ/4板27の往復透過により偏波面が90
度回転している。
定物Ｗに照射される。そこでの反射光（以下物体光とい
う）が再び対物レンズ28に入射され、対物レンズ28及び
λ/4板27を透過し、ハーフミラー26に入射する。その際
には、物体光は、λ/4板27の往復透過により偏波面が90
度回転している。
従って、上記のようにハーフミラー26において反射さ
れた反射光（以下参照光という）と物体光とは、偏波面
が直交した状態となっている。その両者は、偏波面保存
光ファイバＣにより上記と逆方向に伝送され、偏波面保
存光ファイバＣの端面から出射し、フォーカスレンズ18
でコリメートされ、第２偏光ビームスプリッタ17に入射
する。
れた反射光（以下参照光という）と物体光とは、偏波面
が直交した状態となっている。その両者は、偏波面保存
光ファイバＣにより上記と逆方向に伝送され、偏波面保
存光ファイバＣの端面から出射し、フォーカスレンズ18
でコリメートされ、第２偏光ビームスプリッタ17に入射
する。
そこで、第２偏光ビームスプリッタ17に対しＳ偏光状
態となっている参照光は、第２偏光ビームスプリッタ17
で直角方向に反射され、第２偏光ビームスプリッタ17に
対しＰ偏光状態となっている物体光は、第２偏光ビーム
スプリッタ17を透過する。
態となっている参照光は、第２偏光ビームスプリッタ17
で直角方向に反射され、第２偏光ビームスプリッタ17に
対しＰ偏光状態となっている物体光は、第２偏光ビーム
スプリッタ17を透過する。
第２偏光ビームスプリッタ17で反射された参照光は、
更に45度ミラー16により直角方向に反射され、λ/2板15
に入射し、偏光方向が−45度回転された上、ファラデ回
転子14に入射する。ファラデ回転子14に入射した参照光
は、ファラデ効果による偏光方向の＋45度回転により元
に戻されファラデ回転子14から出射し、第１偏光ビーム
スプリッタ13に対し、Ｓ偏光状態で入射する。従って、
参照光は、第１偏光ビームスプリッタ13で直角方向に反
射され、音響光学変調器22に入射する。
更に45度ミラー16により直角方向に反射され、λ/2板15
に入射し、偏光方向が−45度回転された上、ファラデ回
転子14に入射する。ファラデ回転子14に入射した参照光
は、ファラデ効果による偏光方向の＋45度回転により元
に戻されファラデ回転子14から出射し、第１偏光ビーム
スプリッタ13に対し、Ｓ偏光状態で入射する。従って、
参照光は、第１偏光ビームスプリッタ13で直角方向に反
射され、音響光学変調器22に入射する。
音響光学変調器22に入射した参照光は、信号処理部21
のドライバ25からの出力に基づいて音響光学変調器22に
より周波数がfmだけシフトされるので、光源の周波数を
f0とすると、音響光学変調器22から周波数fL＝f0＋fmの
参照光が出射し、ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入
射する。
のドライバ25からの出力に基づいて音響光学変調器22に
より周波数がfmだけシフトされるので、光源の周波数を
f0とすると、音響光学変調器22から周波数fL＝f0＋fmの
参照光が出射し、ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入
射する。
他方、第２偏光ビームスプリッタ17を透過した物体光
は、λ/2板19に入射し偏光方向が＋90度回転された上、
ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入射する。
は、λ/2板19に入射し偏光方向が＋90度回転された上、
ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入射する。
ビームスプリッタ20に入射した参照光のビームスプリ
ッタ20での反射光部分とビームスプリッタ20に入射した
物体光のビームスプリッタ20での透過光部分とは、一緒
になってビームスプリッタ20から出射し、光検出器23に
入射する。
ッタ20での反射光部分とビームスプリッタ20に入射した
物体光のビームスプリッタ20での透過光部分とは、一緒
になってビームスプリッタ20から出射し、光検出器23に
入射する。
ここで、移動物体にレーザ光を照射して反射された反
射光の周波数は、ドップラ効果により照射光の周波数か
らシフトする。そのシフト量、即ちドップラ周波数fd
は、移動物体の速度ベクトルをV0とし、照射光・反射光
の各波数ベクトルをK0とすると、 fd＝（Ks−Ko）・V0/2π ……（１） 被測定体Ｗが移動しており、その速度をＶ、レーザの
発振波長をλ、物体光の周波数をfs、プローブ部Ｂの光
軸線と被測定体Ｗの移動方向との交差角をθとすると、
（１）式から fs＝f0±fd＝f0±（2V/λ）・cosθ ……（２） 既述のように fL＝f0＋fm ……（３） そこで、（２）式・（３）式で示される周波数の異な
る参照光と物体光とが一緒に光検出器23に入射されるの
で、光検出器23で得られる両者の周波数差に相当するビ
ート周波数fbは、 fb＝|fL−fs|＝fm±（2V/λ）・cosθ ……（４） となる。
射光の周波数は、ドップラ効果により照射光の周波数か
らシフトする。そのシフト量、即ちドップラ周波数fd
は、移動物体の速度ベクトルをV0とし、照射光・反射光
の各波数ベクトルをK0とすると、 fd＝（Ks−Ko）・V0/2π ……（１） 被測定体Ｗが移動しており、その速度をＶ、レーザの
発振波長をλ、物体光の周波数をfs、プローブ部Ｂの光
軸線と被測定体Ｗの移動方向との交差角をθとすると、
（１）式から fs＝f0±fd＝f0±（2V/λ）・cosθ ……（２） 既述のように fL＝f0＋fm ……（３） そこで、（２）式・（３）式で示される周波数の異な
る参照光と物体光とが一緒に光検出器23に入射されるの
で、光検出器23で得られる両者の周波数差に相当するビ
ート周波数fbは、 fb＝|fL−fs|＝fm±（2V/λ）・cosθ ……（４） となる。
光検出器23においてfbが検出され、その検出信号がプ
リアンプから出力され、信号処理部21においては、それ
に基づいて（４）式からＶが演算される。
リアンプから出力され、信号処理部21においては、それ
に基づいて（４）式からＶが演算される。
かくして、被測定体Ｗの移動速度を測定し得るが、信
号処理部21においてＶを更に積分することにより被測定
体Ｗの変位量も測定し得る。
号処理部21においてＶを更に積分することにより被測定
体Ｗの変位量も測定し得る。
次に、第２実施例のレーザドップラ振動計において、
出力管12からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ッタ13に入射されるが、第１偏光ビームスプリッタ13に
対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリッタ
13を透過し、ファラデ回転子14に入射する。
出力管12からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ッタ13に入射されるが、第１偏光ビームスプリッタ13に
対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリッタ
13を透過し、ファラデ回転子14に入射する。
ファラデ回転子14に入射したレーザビームは、ファラ
デ効果により偏光方向が＋45度回転されファラデ回転子
14から出射し、λ/2板15に入射し、偏光方向が−45度回
転されて元に戻され、第２偏光ビームスプリッタ17に対
してＰ偏光状態となって第２偏光ビームスプリッタ17に
入射する。Ｐ偏光状態のレーザビームは、第２偏光ビー
ムスプリッタ17を透過し、フォーカスレンズ18に入射す
る。フォーカスレンズ18に入射したレーザビームは、偏
波面保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波面保存光
ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイバＣの他
端面に密着したハーフミラー26により透過光と反射光と
に分岐される。
デ効果により偏光方向が＋45度回転されファラデ回転子
14から出射し、λ/2板15に入射し、偏光方向が−45度回
転されて元に戻され、第２偏光ビームスプリッタ17に対
してＰ偏光状態となって第２偏光ビームスプリッタ17に
入射する。Ｐ偏光状態のレーザビームは、第２偏光ビー
ムスプリッタ17を透過し、フォーカスレンズ18に入射す
る。フォーカスレンズ18に入射したレーザビームは、偏
波面保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波面保存光
ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイバＣの他
端面に密着したハーフミラー26により透過光と反射光と
に分岐される。
ハーフミラー26の省略の場合については第１実施例と
同様であり、以後、透過光（物体光）と反射光（参照
光）とが互に偏波面が直交した状態となって共に第２偏
光ビームスプリッタ17に入射するまでは、第１実施例と
同様である。
同様であり、以後、透過光（物体光）と反射光（参照
光）とが互に偏波面が直交した状態となって共に第２偏
光ビームスプリッタ17に入射するまでは、第１実施例と
同様である。
そこで、第２偏光ビームスプリッタ17に対しＳ偏光状
態となっている物体光は、第２偏光ビームスプリッタ17
で反射され、第２偏光ビームスプリッタ17に対しＰ偏光
状態のままである参照光は、第２偏光ビームスプリッタ
17を透過する。
態となっている物体光は、第２偏光ビームスプリッタ17
で反射され、第２偏光ビームスプリッタ17に対しＰ偏光
状態のままである参照光は、第２偏光ビームスプリッタ
17を透過する。
第２偏光ビームスプリッタ17を透過した参照光は、λ
/2板15に入射し、偏光方向が＋45度回転された上、ファ
ラデ回転子14に入射する。ファラデ回転子14に入射した
参照光は、ファラデ効果により更に偏光方向が＋45度回
転されファラデ回転子14から出射し、第１偏光ビームス
プリッタ13に対し、Ｓ偏光状態で入射する。従って、参
照光は、第１偏光ビームスプリッタ13で反射され、音響
光学変調器22に入射する。
/2板15に入射し、偏光方向が＋45度回転された上、ファ
ラデ回転子14に入射する。ファラデ回転子14に入射した
参照光は、ファラデ効果により更に偏光方向が＋45度回
転されファラデ回転子14から出射し、第１偏光ビームス
プリッタ13に対し、Ｓ偏光状態で入射する。従って、参
照光は、第１偏光ビームスプリッタ13で反射され、音響
光学変調器22に入射する。
音響光学変調器22に入射した参照光は、第１実施例と
同様にして周波数がfmだけシフトされ、音響光学変調器
22から周波数fL＝f0＋fmの参照光が出射し、45度ミラー
16により直角方向に反射され、ビームスプリッタ20にＳ
偏光状態で入射する。
同様にして周波数がfmだけシフトされ、音響光学変調器
22から周波数fL＝f0＋fmの参照光が出射し、45度ミラー
16により直角方向に反射され、ビームスプリッタ20にＳ
偏光状態で入射する。
他方、第２偏光ビームスプリッタ17で反射された物体
光は、ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入射する。
光は、ビームスプリッタ20にＳ偏光状態で入射する。
ビームスプリッタ20に入射した参照光のビームスプリ
ッタ20での反射光部分とビームスプリッタ20に入射した
物体光のビームスプリッタ20での透過光部分とは、一緒
になってビームスプリッタ20から出射し、光検出器23に
入射する。
ッタ20での反射光部分とビームスプリッタ20に入射した
物体光のビームスプリッタ20での透過光部分とは、一緒
になってビームスプリッタ20から出射し、光検出器23に
入射する。
以下は、第１実施例と同様にして、被測定体Ｗの移動
速度及び変位量を測定し得る。
速度及び変位量を測定し得る。
上記の両実施例においては、音響光学変調器22は、参
照光の光路中に配設されているが、それに替えて物体光
の光路中に配設してもよいことは、両実施例の作用から
も容易に理解し得よう。
照光の光路中に配設されているが、それに替えて物体光
の光路中に配設してもよいことは、両実施例の作用から
も容易に理解し得よう。
又、レーザ光源としては、半導体レーザを用いること
もできる。
もできる。
この発明のレーザドップラ振動計においては、対物レ
ンズを備えたプローブ部を光学系装置部と光ファイバで
接続しているので、測定に際し、プローブ部を被測定物
に接近させることが可能の上、その接近によりプローブ
部で反射される参照光の光路長と被測定物で反射される
物体光の光路長との差ができるだけ少なくなり、検出信
号出力の減少が防止される。
ンズを備えたプローブ部を光学系装置部と光ファイバで
接続しているので、測定に際し、プローブ部を被測定物
に接近させることが可能の上、その接近によりプローブ
部で反射される参照光の光路長と被測定物で反射される
物体光の光路長との差ができるだけ少なくなり、検出信
号出力の減少が防止される。
しかも、参照光の迂回光路により参照光の光路長と被
測定物で反射される物体光の光路長との差ができるだけ
補償され、その迂回光路中に損失が多いビームスリッタ
の使用をできるだけ少なくし、レーザビームの往復光路
中にファラデ回転子、λ/2板、偏光ビームスプリッタを
組合せて用いることにより、効率よく偏波面が直交する
２種の反射光（入射光と逆方向の光）を分岐して入射光
と同一の偏波面の反射光を取出すことが可能となり、そ
のためプローブ部における偏波面が直交する２種の光を
単一の光ファイバで伝送し、その光を夫々の偏波面の光
に分岐することが可能となる。
測定物で反射される物体光の光路長との差ができるだけ
補償され、その迂回光路中に損失が多いビームスリッタ
の使用をできるだけ少なくし、レーザビームの往復光路
中にファラデ回転子、λ/2板、偏光ビームスプリッタを
組合せて用いることにより、効率よく偏波面が直交する
２種の反射光（入射光と逆方向の光）を分岐して入射光
と同一の偏波面の反射光を取出すことが可能となり、そ
のためプローブ部における偏波面が直交する２種の光を
単一の光ファイバで伝送し、その光を夫々の偏波面の光
に分岐することが可能となる。
従って、光ファイバ先端のプローブ部は構成部品が少
ない簡単な構造になり、レーザドップラ振動計としての
操作性もよい。更に、光ファイバによる伝送区域では参
照光と物体光とが一緒になって同一の光ファイバによっ
て伝送されるため、光ファイバへの機械的外乱（曲げ、
振動等）による参照光・物体光間の位相の相対的変化が
少なくなり測定誤差が減少する。
ない簡単な構造になり、レーザドップラ振動計としての
操作性もよい。更に、光ファイバによる伝送区域では参
照光と物体光とが一緒になって同一の光ファイバによっ
て伝送されるため、光ファイバへの機械的外乱（曲げ、
振動等）による参照光・物体光間の位相の相対的変化が
少なくなり測定誤差が減少する。
第１図は、この発明の第１実施例におけるレーザドップ
ラ振動計の構成図、 第２図は、この発明の第２実施例におけるレーザドップ
ラ振動計の構成図、 第３図は、従来の技術のレーザドップラ振動計の構成図
である。 A:光学系装置部、B:プローブ部 C:偏波面保存光ファイバ 10:ガスレーザ光源、11:レーザドライバ 12:出力管、13:第１偏光ビームスプリッタ 14:ファラデ回転子、15,19:λ/2板 16:45度ミラー、17:第２偏光ビームスプリッタ 18:フォーカスレンズ、20:ビームスプリッタ 21:信号処理部、22:音響光学変調器 23:光検出器、24:プリアンプ、25:ドライバ 26:ハーフミラー、27:λ/4板、28:対物レンズ
ラ振動計の構成図、 第２図は、この発明の第２実施例におけるレーザドップ
ラ振動計の構成図、 第３図は、従来の技術のレーザドップラ振動計の構成図
である。 A:光学系装置部、B:プローブ部 C:偏波面保存光ファイバ 10:ガスレーザ光源、11:レーザドライバ 12:出力管、13:第１偏光ビームスプリッタ 14:ファラデ回転子、15,19:λ/2板 16:45度ミラー、17:第２偏光ビームスプリッタ 18:フォーカスレンズ、20:ビームスプリッタ 21:信号処理部、22:音響光学変調器 23:光検出器、24:プリアンプ、25:ドライバ 26:ハーフミラー、27:λ/4板、28:対物レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 17/50 Ｇ０１Ｓ 17/50
Claims (1)
- 【請求項１】（Ａ）光学系装置部とプローブ部とその両
者を接続する偏波面保存光ファイバとから構成され、 （Ｂ）プローブ部は、偏波面保存光ファイバとの結合部
で偏波面保存光ファイバにより搬送されてきたレーザビ
ームを参照光となる反射光と、被測定体に照射され被測
定体で反射された物体光となる透過光とに分岐し、物体
光の偏波面を直角に回転する光学系をもち、 （Ｃ）光学系装置部は、（ｉ）レーザ光源と、（ii）フ
ァラデ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ/2板及び光路
屈曲手段の組合せより構成され、互に偏波面が直交する
参照光と物体光とを分岐・合流する夫々の光路である２
光路を成すと共に、参照光光路と物体光光路との光路長
差を、前記プローブ部の偏波面保存光ファイバとの結合
部・被測定体間の光路長の略２倍とし、且つ前記２光路
中の一方の光路の一部はレーザ光源からプローブ部への
レーザビームの光路を成し、該一方の光路の残部又は前
記２光路中の他方の光路に光学変調手段を設けた光学系
と、（iii）いずれ一方が光学変調されている物体光と
参照光とで生じるビートを検出し、被測定体の移動速度
を演算する信号処理部とを備えている ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255216A JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255216A JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03118477A JPH03118477A (ja) | 1991-05-21 |
| JP2696117B2 true JP2696117B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=17275637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1255216A Expired - Fee Related JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696117B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021065106A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 沖電気工業株式会社 | 振動計 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104931954B (zh) * | 2015-06-02 | 2018-05-29 | 湖北捷讯光电有限公司 | 一种激光测距机的共轴收发端光路设计方法 |
| CN105487081B (zh) * | 2016-01-07 | 2019-04-02 | 福建省计量科学研究院 | 一种用于激光测速仪的微分探测系统 |
| CN108646047B (zh) * | 2018-07-02 | 2024-03-26 | 哈工科讯(沈阳)工业技术研究院有限公司 | 基于多普勒效应带修正结构的测速传感器及标定与测量方法 |
| CN110849465B (zh) * | 2019-11-27 | 2021-05-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形光频调制及溯源装置 |
| CN110849466B (zh) * | 2019-11-27 | 2021-08-06 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形的光频调制装置及方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5948668A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-19 | Jiro Koyama | 光フアイバ速度計 |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP1255216A patent/JP2696117B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021065106A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 沖電気工業株式会社 | 振動計 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03118477A (ja) | 1991-05-21 |
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