JP2723977B2 - 回転速度測定方法 - Google Patents
回転速度測定方法Info
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- JP2723977B2 JP2723977B2 JP1157137A JP15713789A JP2723977B2 JP 2723977 B2 JP2723977 B2 JP 2723977B2 JP 1157137 A JP1157137 A JP 1157137A JP 15713789 A JP15713789 A JP 15713789A JP 2723977 B2 JP2723977 B2 JP 2723977B2
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- Japan
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- light
- rotation speed
- polarizer
- polarized light
- circularly polarized
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光を用いて行なう回転速度測定方法に関し、
複写機転写ドラムの回転速度、回転むら、光ディスク、
ポリゴンミラーのドライブモータにつき、そのワウ・フ
ラッタの測定等に適用しうる回転速度測定方法に関す
る。
複写機転写ドラムの回転速度、回転むら、光ディスク、
ポリゴンミラーのドライブモータにつき、そのワウ・フ
ラッタの測定等に適用しうる回転速度測定方法に関す
る。
（従来の技術） 光を用いて行なう回転速度測定方法としては、レーザ
ードップラー法が知られている。レーザードップラー法
は運動している粒子によって散乱されたレーザー光がド
ップラー偏移を受けることを利用したものであり、この
中、差動型（入射光法）は最もよく知られている。ま
た、回転体の測定法として角速度測定法（特開昭63−22
2267号公報参照）がある。
ードップラー法が知られている。レーザードップラー法
は運動している粒子によって散乱されたレーザー光がド
ップラー偏移を受けることを利用したものであり、この
中、差動型（入射光法）は最もよく知られている。ま
た、回転体の測定法として角速度測定法（特開昭63−22
2267号公報参照）がある。
従来例１ 第５図に差動型の光ドップラー速度計の一例を示す。
図において、レーザー光源１から出射された光はハーフ
ミラーHMにより２つの光路に分れて進む。一つはミラー
M1,M2を経て測定対象としての移動物体２に至り、他の
一つはミラーM3を経て同じく移動物体２に至。移動物体
２は速度Ｖで矢印の向きに移動しているとする。移動物
体２に達した上記各光の反射光は光電検出器３で検出さ
れ、その検出信号はアンプ４を経て演算処理され、移動
物体２の速度Ｖが求まる。
図において、レーザー光源１から出射された光はハーフ
ミラーHMにより２つの光路に分れて進む。一つはミラー
M1,M2を経て測定対象としての移動物体２に至り、他の
一つはミラーM3を経て同じく移動物体２に至。移動物体
２は速度Ｖで矢印の向きに移動しているとする。移動物
体２に達した上記各光の反射光は光電検出器３で検出さ
れ、その検出信号はアンプ４を経て演算処理され、移動
物体２の速度Ｖが求まる。
従来例２ 角速度測定法は、前記公報にて開示の如く、回転体に
周波数ω1の円偏光光源を取り付け、外部に周波数ω2の
円偏光光源を設け、両光束を重畳させる。ここで、回転
体の角速度をω′とすると、周波数ω1はシフトを受
け、ω1＋ω′となる。従って、光検出器において光ビ
ート信号ω1−ω2±ω′を検出することにより、ω′が
求まる。
周波数ω1の円偏光光源を取り付け、外部に周波数ω2の
円偏光光源を設け、両光束を重畳させる。ここで、回転
体の角速度をω′とすると、周波数ω1はシフトを受
け、ω1＋ω′となる。従って、光検出器において光ビ
ート信号ω1−ω2±ω′を検出することにより、ω′が
求まる。
（発明が解決しようとする課題） 前記従来例１については、測定対象たる移動物体は２
光束の交点にあることが条件とされ、このため面外方向
への振動や変位があると測定が困難であり、粗面物体の
速度を測定する場合はスペックルノイズの影響を受け易
く、また測定手段の配置に制約を受けるとの問題があ
る。
光束の交点にあることが条件とされ、このため面外方向
への振動や変位があると測定が困難であり、粗面物体の
速度を測定する場合はスペックルノイズの影響を受け易
く、また測定手段の配置に制約を受けるとの問題があ
る。
前記従来例２については、測定対象たる回転体にレー
ザー光源を取り付けねばならないことからそのスペース
を確保できる大きな物体にしか適用できず、その点で制
約を受ける。また、２種類のレーザーとビートを発生さ
せるためには非常に安定したレーザーを用いる必要があ
り、こうしたレーザーは一般に高価であり、また小型化
しにくい。
ザー光源を取り付けねばならないことからそのスペース
を確保できる大きな物体にしか適用できず、その点で制
約を受ける。また、２種類のレーザーとビートを発生さ
せるためには非常に安定したレーザーを用いる必要があ
り、こうしたレーザーは一般に高価であり、また小型化
しにくい。
本発明は測定手段の配置が容易で外乱に強く、比較的
小さな物体の回転速度まで測定可能な回転速度測定方法
を提供することを目的としている。
小さな物体の回転速度まで測定可能な回転速度測定方法
を提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の回転速度測定方
法においては、左回り及び右回りの円又は楕円偏光を、
測定対象としての回転体の回転面に取り付けた偏光子に
入射させ、このとき生ずる光のビート信号を検出し、こ
のビート周波数から回転体の回転速度を求めることとし
た。
法においては、左回り及び右回りの円又は楕円偏光を、
測定対象としての回転体の回転面に取り付けた偏光子に
入射させ、このとき生ずる光のビート信号を検出し、こ
のビート周波数から回転体の回転速度を求めることとし
た。
（実施例） 本発明による測定方法を具体化した例を第１図に示
す。図において、測定対象としての回転体10の端面にミ
ラーＭを介して偏光子11を取り付ける。そして、この偏
光子11の前方にレーザー光源等（図示されず）を置き、
さらに中間に1/4波長板12、ハーフミラーHM1を順次配置
し、ハーフミラーHM1による分岐光路上に光電検出器13
を配置する。まず、互いに直交した直線偏光1/4波長板
に入射させる。この1/4波長板12は、結晶の進相軸が各
直線偏光と45°をなすように配置されている。1/4波長
板12を通過した光束は、右円偏光ERと左円偏光ELとな
る。この光束は、円偏光における偏波面内で回転してい
る回転体10に取り付けられた偏光子11に入射する。偏光
子により左右円偏光は、同一方向に振動する直線偏光
LR，LLに変換され、偏光子11の裏面に設けられたミラー
Ｍにより反射される。
す。図において、測定対象としての回転体10の端面にミ
ラーＭを介して偏光子11を取り付ける。そして、この偏
光子11の前方にレーザー光源等（図示されず）を置き、
さらに中間に1/4波長板12、ハーフミラーHM1を順次配置
し、ハーフミラーHM1による分岐光路上に光電検出器13
を配置する。まず、互いに直交した直線偏光1/4波長板
に入射させる。この1/4波長板12は、結晶の進相軸が各
直線偏光と45°をなすように配置されている。1/4波長
板12を通過した光束は、右円偏光ERと左円偏光ELとな
る。この光束は、円偏光における偏波面内で回転してい
る回転体10に取り付けられた偏光子11に入射する。偏光
子により左右円偏光は、同一方向に振動する直線偏光
LR，LLに変換され、偏光子11の裏面に設けられたミラー
Ｍにより反射される。
上記反射された光束は、偏光子11より何らの変換も受
けず、光路中に置かれたハーフミラーHM1を介して光電
検出器13に導かれる。ここで、例えば偏光子11が静止し
ている場合には左右円偏光が偏光子11を通過することに
より可干渉となり、ある一定の強度を示す。また、例え
ば偏光子11が角速度ωfで回転している場合には、左右
円偏光に周波数シフトが生じ、光ビート信号が検出され
る。このことをJones Matrixを用いて説明すると以下の
ようになる。
けず、光路中に置かれたハーフミラーHM1を介して光電
検出器13に導かれる。ここで、例えば偏光子11が静止し
ている場合には左右円偏光が偏光子11を通過することに
より可干渉となり、ある一定の強度を示す。また、例え
ば偏光子11が角速度ωfで回転している場合には、左右
円偏光に周波数シフトが生じ、光ビート信号が検出され
る。このことをJones Matrixを用いて説明すると以下の
ようになる。
右円偏光ERと左円偏光ELを数式で表すと、 となり、角速度ωfで回転する偏光子は、 と表せる。回転する偏光子に左右円偏光が入射されると
式（１），（２）は式（３）の作用を受けて となる。但し、EOは振幅とする。
式（１），（２）は式（３）の作用を受けて となる。但し、EOは振幅とする。
ここで、式（４），式（５）の各円偏光が干渉したと
きの光強度は、Ｉ＝｜ER＋EL｜2を計算すれば求まり、
Ｉ＝IO｛１＋sin（２ωft）｝となる。但し、IOはEO 2で
あり、光強度Ｉの直流成分である。よって、光強度Ｉの
時間変化を測定することによりI,IOの絶対値によらず回
転速度ωftが求まる。
きの光強度は、Ｉ＝｜ER＋EL｜2を計算すれば求まり、
Ｉ＝IO｛１＋sin（２ωft）｝となる。但し、IOはEO 2で
あり、光強度Ｉの直流成分である。よって、光強度Ｉの
時間変化を測定することによりI,IOの絶対値によらず回
転速度ωftが求まる。
上式は、干渉光が回転の角速度の２倍の周波数で強度
変調され、光ビート信号が発生することを示している。
これは、偏光子の回転により、左右円偏光に±ωftの周
波数シフトが生じ、干渉により両光束の周波数差に対応
した２ωftのビート信号が生じることを意味している。
つまり、互いの周波数差のみが光ビート信号を発生させ
るため、レーザー光の発振波長が変化してもその影響は
除去される。従って、発生するビート周波数を検出する
ことにより、物体の回転速度が求められる。また、両光
束は全く同じ光路を通るため、途中の光学系の位相変化
等の影響も受けず、安定した信号が得られる。
変調され、光ビート信号が発生することを示している。
これは、偏光子の回転により、左右円偏光に±ωftの周
波数シフトが生じ、干渉により両光束の周波数差に対応
した２ωftのビート信号が生じることを意味している。
つまり、互いの周波数差のみが光ビート信号を発生させ
るため、レーザー光の発振波長が変化してもその影響は
除去される。従って、発生するビート周波数を検出する
ことにより、物体の回転速度が求められる。また、両光
束は全く同じ光路を通るため、途中の光学系の位相変化
等の影響も受けず、安定した信号が得られる。
第１図に示した如き直線偏光を有する光源としては既
に横ゼーマン型レーザーとして市販されている。しか
し、一般にこのようなレーザーは高価であるため、単一
の直線偏光のみを発振する安価なレーザーを用いても同
等の効果を得ることができる。その場合の構成例を第２
図に示す。
に横ゼーマン型レーザーとして市販されている。しか
し、一般にこのようなレーザーは高価であるため、単一
の直線偏光のみを発振する安価なレーザーを用いても同
等の効果を得ることができる。その場合の構成例を第２
図に示す。
図において、符号14は偏光ビームスプリッタ、符号15
は1/2波長板をそれぞれ示す。ここで、1/2波長板15は偏
光ビームスプリッタ14により分離される光量比が等しく
なるように、光源から到来する直線偏光の振動方向を回
転させるためのものである。光量比を等しくすることに
より、発生するビート信号S/Nを大きくとることができ
る。
は1/2波長板をそれぞれ示す。ここで、1/2波長板15は偏
光ビームスプリッタ14により分離される光量比が等しく
なるように、光源から到来する直線偏光の振動方向を回
転させるためのものである。光量比を等しくすることに
より、発生するビート信号S/Nを大きくとることができ
る。
また、上記偏光ビームスプリッタ14に代えて、サバー
ル板やウォラストンプリズム等の複屈折性偏光素子を用
いても、互いに直交した直線偏光を得ることができる。
ル板やウォラストンプリズム等の複屈折性偏光素子を用
いても、互いに直交した直線偏光を得ることができる。
次に、第３図に示すように、回転体10に取り付ける偏
光子11を回転体10よりも大きくして1/4波長板12の対向
位置に偏光子11を介して光電検出器13を配置することに
より、第１図、第２図の例で用いられた光束を折り返す
ためのミラーＭや光電検出器13へ導くためのハーフミラ
ーHM1を用いることなく光ビート信号を検出できる。こ
の例によれば部品点数が減少し、また光学系の調整も非
常に容易である。
光子11を回転体10よりも大きくして1/4波長板12の対向
位置に偏光子11を介して光電検出器13を配置することに
より、第１図、第２図の例で用いられた光束を折り返す
ためのミラーＭや光電検出器13へ導くためのハーフミラ
ーHM1を用いることなく光ビート信号を検出できる。こ
の例によれば部品点数が減少し、また光学系の調整も非
常に容易である。
第４図に示す例では、第２図の例と同様に、直交した
直線偏光を偏光ビームスプリッタ16により得るようにし
ており、直交した偏光に分離後、それらを重ね合わせる
ことなく、1/4波長板12により左右円偏光に変換し、回
転する偏光子に入射させ、反射光をレンズ17により集光
させて干渉させるようにしたものである。この例で、偏
光ビームスプリッタ16により分離された２光束は空間的
には近接しており、また同一の光学素子を通過するため
に、やはり安定した信号を得ることができる。
直線偏光を偏光ビームスプリッタ16により得るようにし
ており、直交した偏光に分離後、それらを重ね合わせる
ことなく、1/4波長板12により左右円偏光に変換し、回
転する偏光子に入射させ、反射光をレンズ17により集光
させて干渉させるようにしたものである。この例で、偏
光ビームスプリッタ16により分離された２光束は空間的
には近接しており、また同一の光学素子を通過するため
に、やはり安定した信号を得ることができる。
なお、左右円偏光を得ることのできる光源として外部
共振型LDがあり、こうした素子を用いることにより、全
体の構成を小型化することも可能である。
共振型LDがあり、こうした素子を用いることにより、全
体の構成を小型化することも可能である。
（発明の効果） 回転体に取り付けられる偏光子は、光束を反射または
透過させるだけの大きさを有していればよく、細い光束
を用いるならば充分に小さくすることができるので、小
さな回転体に対しても回転に影響を与えずに測定でき
る。
透過させるだけの大きさを有していればよく、細い光束
を用いるならば充分に小さくすることができるので、小
さな回転体に対しても回転に影響を与えずに測定でき
る。
また、信号の検出は、正反射光または透過光を直線検
出するため、信号強度が高く取れ、スペックルノイズも
発生しないため、S/Nの高い測定を行なうことができ
る。
出するため、信号強度が高く取れ、スペックルノイズも
発生しないため、S/Nの高い測定を行なうことができ
る。
また、光学系はコモンパス光学系とすることができる
ので、外乱の影響を受けず、安定した測定ができる。回
転物体の面外への変位、振動に対しても影響を受けな
い。
ので、外乱の影響を受けず、安定した測定ができる。回
転物体の面外への変位、振動に対しても影響を受けな
い。
さらに、左右円偏光の周波数差を計測しているため
に、光源の波長変動によらず測定ができる。
に、光源の波長変動によらず測定ができる。
第１図乃至第４図は本発明の実施例を説明した図、第５
図は従来技術の説明図である。 10……回転体、11……偏光子。
図は従来技術の説明図である。 10……回転体、11……偏光子。
Claims (1)
- 【請求項１】左回り及び右回りの円又は楕円偏光を、測
定対象としての回転体の回転面に取り付けた偏光子に入
射させ、このとき生ずる光のビート信号を検出し、この
ビート周波数から回転体の回転速度を求めることを特徴
とする回転速度測定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157137A JP2723977B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 回転速度測定方法 |
| US07/540,125 US5157460A (en) | 1989-06-20 | 1990-06-19 | Method and apparatus for measuring rotary speed using polarized light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157137A JP2723977B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 回転速度測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321882A JPH0321882A (ja) | 1991-01-30 |
| JP2723977B2 true JP2723977B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=15643009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157137A Expired - Fee Related JP2723977B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 回転速度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723977B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP1157137A patent/JP2723977B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0321882A (ja) | 1991-01-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |