JP2924754B2 - Optical differential velocity meter - Google Patents
Optical differential velocity meterInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を利用し
て移動体の速度を測定する光行差速度計に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical differential velocimeter for measuring the speed of a moving object using laser light.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、移動体の速度を非接触で測定する
速度計として、光のドップラー効果を利用したレーザ・
ドップラー速度計がある(例えば、「応用光学−光計測
入門−」、谷田貝 豊彦 著、丸善kk発行、昭和63
年発行等がある)。このレーザ・ドップラー速度計は、
移動体の運動によって生じた散乱光のドップラーシフト
をヘテロダイン検出することで速度計測を行うものであ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a speedometer for measuring the speed of a moving body in a non-contact manner, a laser using the Doppler effect of light has been used.
There is a Doppler speedometer (for example, "Applied Optics-Introduction to Optical Measurements", written by Toyohiko Yatakai, published by Maruzen kk, Showa 63
Year issuance etc.). This laser Doppler speedometer
The velocity measurement is performed by heterodyne detection of the Doppler shift of the scattered light generated by the movement of the moving body.
【0003】従来のレーザ・ドップラー速度計について
図を用いて説明する。図3は、従来のレーザ・ドップラ
ー速度計を示す説明図である。同図において(1)は参
照光法、(2)は二入射光法(差動法)、(3)は一入
射光法によるレーザ・ドップラー速度計の構成を示し、
1a、1bは入射光の一部を透過して残りを反射するハ
ーフミラー、2はミラー、3は光検出器、4はビームス
プリッタ、5、5a、5bはレンズ、6、7、8はスリ
ット、ベクトルvは移動体の速度ベクトル、ベクトルk
s、ks1 、ks2 は入射光の波数ベクトル、ベクトル
ko、ko1 、ko2 は散乱光の波数ベクトルである。A conventional laser Doppler velocimeter will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a conventional laser Doppler velocimeter. In the figure, (1) shows the configuration of a reference beam method, (2) shows the configuration of a laser Doppler velocimeter using the two-incident light method (differential method), and (3) shows the configuration of a laser Doppler velocimeter using the one-incident light method.
1a and 1b are half mirrors that transmit part of incident light and reflect the rest, 2 is a mirror, 3 is a photodetector, 4 is a beam splitter, 5, 5a and 5b are lenses, 6, 7, and 8 are slits. , The vector v is the velocity vector of the moving object, the vector k
s, ks 1 and ks 2 are wave number vectors of incident light, and vectors ko, ko 1 and ko 2 are wave number vectors of scattered light.
【0004】以上の構成による従来例の動作について各
方法毎に説明する。 (1)参照光法 波数ベクトルksである入射光をハーフミラー1aで二
分し、反射光を参照光としてミラー2に照射してからハ
ーフミラー1bで反射させて光検出器3に入射させる。
また、透過光を速度ベクトルvで移動する移動体に照射
し、波数ベクトルkoの散乱光をハーフミラー1bを介
して光検出器3に入射させる。これら光検出器3に入射
した2つのレーザ光は、互いに重なり合って干渉縞を生
じる。よって、この干渉縞の間隔を測定することによっ
て移動体の速度を求めることができる。The operation of the conventional example having the above configuration will be described for each method. (1) Reference light method The incident light having the wave number vector ks is divided into two by the half mirror 1a, the reflected light is irradiated to the mirror 2 as the reference light, reflected by the half mirror 1b, and made incident on the photodetector 3.
Further, the transmitted light is applied to the moving body moving at the velocity vector v, and the scattered light of the wave vector ko is incident on the photodetector 3 via the half mirror 1b. These two laser beams incident on the photodetector 3 overlap each other to generate interference fringes. Therefore, the speed of the moving body can be obtained by measuring the interval between the interference fringes.
【0005】(2)二入射光法(差動法) 入射光をビームスプリッタ4によって波数ベクトルks
1、ks2の2つのビームに二分してからレンズ5aを介
して速度ベクトルvの移動体に照射する。移動体での散
乱光はスリット6、レンズ5b、スリット7を介して光
検出器3に入射される。入射した散乱光は(1)と同様
に干渉縞を生じ、この間隔を測定することにより移動体
の速度を求めることができる。(2) Two incident light method (differential method) The incident light is converted into a wave vector ks by the beam splitter 4.
After splitting into two beams of 1 and ks 2 , the beam is irradiated to the moving object of the velocity vector v via the lens 5 a. The scattered light from the moving object is incident on the photodetector 3 via the slit 6, the lens 5b, and the slit 7. The incident scattered light produces interference fringes in the same manner as in (1), and the speed of the moving body can be obtained by measuring the interval.
【0006】(3)一入射光法 波数ベクトルksの入射光を速度ベクトルvの移動体に
照射し、波数ベクトルko1 、ko2 の散乱光をスリッ
ト8、レンズ5、スリット7を介して光検出器3に入射
させる。入射した散乱光は(1)と同様に干渉縞を生
じ、この間隔を図ることにより移動体の速度を求めるこ
とができる。(3) One incident light method A moving object having a velocity vector v is irradiated with incident light having a wave number vector ks, and scattered light having wave number vectors ko 1 and ko 2 is transmitted through a slit 8, a lens 5, and a slit 7. The light is incident on the detector 3. The incident scattered light produces interference fringes in the same manner as in (1), and the speed of the moving body can be obtained by setting this interval.
【0007】以上、(1)、(2)、(3)のいずれと
も光計測器3に生じた干渉縞の間隔を測定することによ
り移動体の速度を求めることができる。しかし、これら
はいずれも光のドップラー効果を利用しているため測定
者と移動体との測定者の視線方向における相対速度しか
もとめることができない。すなわち、測定者の視線方向
に直交する速度成分を測定することは不可能である。As described above, in any of (1), (2) and (3), the speed of the moving body can be obtained by measuring the interval between the interference fringes generated in the optical measuring device 3. However, since all of them utilize the Doppler effect of light, the relative speed between the measurer and the moving body in the direction of the line of sight of the measurer cannot be determined. That is, it is impossible to measure a velocity component orthogonal to the line of sight of the measurer.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光のドップラー効果を利用した速度計は、測定者の視線
方向と直交する速度成分は測定できないという問題点が
あった。本発明はこのような課題を解決するためのもの
であり、測定者の視線方向と直交する速度成分を測定す
ることができる速度計を提供することを目的としてい
る。As described above, the conventional speedometer utilizing the Doppler effect of light has a problem that a speed component perpendicular to the line of sight of a measurer cannot be measured. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a speedometer that can measure a speed component orthogonal to a line of sight of a measurer.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による光行差速度計は、被測定物に照
射光を照射し、この照射光と照射光の被測定物からの反
射光とを重ね合わせることによって生じた干渉縞の間隔
を検出する干渉縞検出手段と、干渉縞の間隔から光行差
を求め、照射光と直交する方向における被測定物の速度
を算出する速度算出手段とを備えている。このように構
成することにより、本発明は移動体へ照射した照射光と
その反射光との間に生じた光行差を測定することがで
き、この光行差から測定者の視線方向と直交する移動体
の速度成分を測定することができる。In order to achieve the above object, an optical differential velocimeter according to the present invention irradiates an object to be measured with irradiation light, and outputs the irradiation light and the irradiation light from the object to be measured. Interference fringe detecting means for detecting the interval between interference fringes generated by superimposing the reflected light on the light beam, calculating the light line difference from the interval between the interference fringes, and calculating the speed of the DUT in a direction orthogonal to the irradiation light Speed calculation means. With this configuration, the present invention can measure the optical path difference generated between the irradiation light applied to the moving body and the reflected light, and from the optical path difference, it is orthogonal to the line of sight of the measurer. The speed component of the moving object can be measured.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】次に、本発明の詳細について図面
を参照して説明する。図1は本発明の一つの実施の形態
を示した説明図である。同図において、10は被測定物
である移動体、11は移動体10上に設けられ光を反射
するコーナキューブ、12は移動体10の速度ベクト
ル、13はレーザ光源、14は入射光の一部を透過し残
りを反射するハーフミラー、15はCCD(Charge Cou
pled Device)、16はミラー、17はレーザ光源13
とハーフミラー14とCCD15とミラー16とから構
成された干渉縞検出手段、18は照射光、19は反射
光、20は干渉縞、εは照射光18と反射光19との光
行差、θは照射光18のCCD15への入射角、ΔLは
干渉縞の間隔である。Next, details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a moving object which is an object to be measured, 11 denotes a corner cube provided on the moving object 10 and reflects light, 12 denotes a velocity vector of the moving object 10, 13 denotes a laser light source, and 14 denotes an incident light. A half mirror that transmits through the part and reflects the rest, 15 is a CCD (Charge Cou
pled Device), 16 is a mirror, 17 is a laser light source 13
Fringe detecting means composed of a half mirror 14, a CCD 15, and a mirror 16, 18 is irradiation light, 19 is reflected light, 20 is interference fringes, ε is a light line difference between irradiation light 18 and reflected light 19, θ Is the incident angle of the irradiation light 18 on the CCD 15, and ΔL is the interval between the interference fringes.
【0011】以上の構成による本発明の動作について詳
細に説明する。移動体10は速度ベクトル12を伴って
図の下方から上方へ向けて移動している。移動体10が
測定者の視線方向(照射光18の照射方向)と直交する
位置に来ると、レーザ光源13から照射光18をハーフ
ミラー14に照射する。照射光18の一部はハーフミラ
ー14を透過してCCD15に照射され、残りのレーザ
光はハーフミラー14に反射されて移動体10上に設け
られたコーナキューブ11に照射される。照射光18は
コーナキューブ11に反射されて反射光19としてハー
フミラー14に照射される。この反射光19はハーフミ
ラー14を透過し、ミラー16に照射されてから反射さ
れ、さらにハーフミラー14で反射されてCCD15に
照射される。The operation of the present invention having the above configuration will be described in detail. The moving body 10 is moving upward from below in the figure with the velocity vector 12. When the moving body 10 comes to a position orthogonal to the line of sight of the measurer (the irradiation direction of the irradiation light 18), the irradiation light 18 is irradiated from the laser light source 13 to the half mirror 14. A part of the irradiation light 18 passes through the half mirror 14 and irradiates the CCD 15, and the remaining laser light is reflected by the half mirror 14 and irradiates the corner cube 11 provided on the moving body 10. The irradiation light 18 is reflected by the corner cube 11 and is irradiated as reflected light 19 on the half mirror 14. The reflected light 19 passes through the half mirror 14, irradiates the mirror 16, is reflected, is further reflected by the half mirror 14, and irradiates the CCD 15.
【0012】このとき、移動体10と干渉縞検出手段
(測定者)17との間の相対速度をvとすると、コーナ
キューブ11への照射光18と反射光19とは平行にな
らず、以下に示すような光行差εが生じる。 ε=v/c (ε<<1) (1) ここで、cは光速度とし、相対速度vは照射光18と直
交する方向の速度である。At this time, assuming that the relative speed between the moving body 10 and the interference fringe detecting means (measurement person) 17 is v, the irradiation light 18 to the corner cube 11 and the reflected light 19 are not parallel, and An optical line difference ε as shown in FIG. ε = v / c (ε << 1) (1) Here, c is the speed of light, and the relative speed v is the speed in the direction orthogonal to the irradiation light 18.
【0013】次に、この光行差εの検出方法について図
2を用いて説明する。図2は、図1のCCD15に生じ
た干渉縞を示す説明図である。移動体10と干渉縞検出
手段(測定者)17との間に相対速度vがあると照射光
18と反射光19との間に光行差εが生じ、CCD15
面上に干渉縞20が生じる。この干渉縞20の間隔をΔ
Lとすると、照射光18の波長λと光行差εと照射光1
8のCCD15への入射角θから、 ΔL=λ/(sinε+sinθ) が成り立つ。Next, a method of detecting the optical path difference ε will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing interference fringes generated on the CCD 15 of FIG. If there is a relative velocity v between the moving body 10 and the interference fringe detecting means (measurer) 17, a light line difference ε occurs between the irradiation light 18 and the reflected light 19, and the CCD 15
Interference fringes 20 occur on the surface. The interval between the interference fringes 20 is Δ
L, the wavelength λ of the irradiation light 18, the optical line difference ε, and the irradiation light 1
ΔL = λ / (sin ε + sin θ) holds from the angle of incidence θ on the CCD 15.
【0014】ここで、θ=0、ε<<1とすると、ΔL
=λ/εとなり、 ε=λ/(ΔL) (2) となる。以上より、CCD15で検出されたΔLと照射
光18の波長λとを式(2)に代入してεを求め、この
εを式(1)に代入することによって相対速度vを求め
ることができる。なお、以上の計算は、図示しない速度
算出手段において行われる。Here, if θ = 0 and ε << 1, ΔL
= Λ / ε, and ε = λ / (ΔL) (2) As described above, Δ is obtained by substituting ΔL detected by the CCD 15 and the wavelength λ of the irradiation light 18 into equation (2), and the relative velocity v can be obtained by substituting ε into equation (1). . The above calculation is performed by a speed calculation unit (not shown).
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、被測定
物への照射光とその反射光との間に生じた光行差を求
め、この光行差から被測定物の速度を算出するため、測
定者の視線と直交する方向の被測定物の速度成分を測定
することができる。また、照射光と反射光との干渉縞の
間隔を計測することにより、高精度な速度測定ができ
る。As described above, according to the present invention, the light path difference generated between the irradiation light to the object to be measured and the reflected light thereof is obtained, and the speed of the object to be measured is calculated from the light path difference. Therefore, it is possible to measure the velocity component of the DUT in a direction orthogonal to the line of sight of the measurer. Further, by measuring the interval between interference fringes between the irradiation light and the reflected light, highly accurate speed measurement can be performed.
【図1】 本発明の一つの実施の形態を示す断面図と説
明図である。FIG. 1 is a sectional view and an explanatory view showing one embodiment of the present invention.
【図2】 図1のCCDに生じた干渉縞を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing interference fringes generated in the CCD of FIG.
【図3】 従来例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a conventional example.
1a、1b、14…ハーフミラー、2、16…ミラー、
3…光検出器、4…ビームスプリッタ、5、5a、5b
…レンズ、6、7、8…スリット、10…移動体、11
…コーナキューブ、12…移動体10の移動方向、13
…レーザ光源、15…CCD、17…干渉縞検出手段、
18…照射光、19…反射光、20…干渉縞、ε…光行
差、θ…照射光18と反射光19との間に生じた光行
差、ΔL…干渉縞の間隔。1a, 1b, 14 ... half mirror, 2, 16 ... mirror,
3: photodetector, 4: beam splitter, 5, 5a, 5b
... Lens, 6, 7, 8 ... Slit, 10 ... Moving body, 11
... corner cube, 12 ... moving direction of the moving body 10, 13
... Laser light source, 15 ... CCD, 17 ... Interference fringe detecting means,
18: irradiation light, 19: reflection light, 20: interference fringe, ε: light line difference, θ: light line difference generated between irradiation light 18 and reflection light 19, ΔL: interval of interference fringe.
Claims (4)
と照射光の被測定物からの反射光とを重ね合わせること
によって生じた干渉縞の間隔を検出する干渉縞検出手段
と、 干渉縞の間隔から光行差を求め、照射光と直交する方向
における被測定物の速度を算出する速度算出手段とを備
えたことを特徴とする光行差速度計。1. An interference fringe detecting means for irradiating an object to be irradiated with irradiation light and detecting an interval of interference fringes generated by superimposing the irradiation light and the reflected light of the irradiation light from the object to be measured; An optical path difference velocimeter, comprising: a velocity calculating unit that determines an optical path difference from an interval between interference fringes and calculates a velocity of the device under test in a direction orthogonal to the irradiation light.
て被測定物に照射するハーフミラーと、 被測定物で反射されてからハーフミラーを透過したレー
ザ光を反射するミラーと、 ミラーで反射されてからハーフミラーで反射されたレー
ザ光とハーフミラーを透過したレーザ光とを受光する受
光素子とから構成されていることを特徴とする光行差速
度計。2. The apparatus according to claim 1, wherein the interference fringe detecting means includes: a laser light source for irradiating a laser beam of a predetermined wavelength; A half mirror to irradiate, a mirror to reflect laser light reflected by the object to be measured and then transmitted through the half mirror, a laser beam reflected by the mirror and reflected by the half mirror and a laser beam reflected by the half mirror And a light receiving element for receiving light.
縞の間隔で割ることによって光行差を求め、光行差と光
速度を乗算することにより被測定物の速度を求めること
を特徴とする光行差速度計。3. The method according to claim 1, wherein the speed calculating means obtains a light path difference by dividing a wavelength of the irradiation light by an interval of interference fringes generated in the light receiving element, and multiplies the light path difference by the light speed. An optical differential velocimeter characterized by determining the velocity of an object by measuring.
計。4. The optical line speedometer according to claim 2, wherein the light receiving element is a CCD.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1277196A JP2924754B2 (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Optical differential velocity meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1277196A JP2924754B2 (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Optical differential velocity meter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09203741A JPH09203741A (en) | 1997-08-05 |
JP2924754B2 true JP2924754B2 (en) | 1999-07-26 |
Family
ID=11814675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1277196A Expired - Lifetime JP2924754B2 (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Optical differential velocity meter |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2924754B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2877119B2 (en) * | 1996-12-26 | 1999-03-31 | 日本電気株式会社 | Mobile body speed measurement device |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP1277196A patent/JP2924754B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH09203741A (en) | 1997-08-05 |
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