JP2970817B2 - レーザ干渉速度計 - Google Patents
レーザ干渉速度計Info
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Description
【０００１】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１） 作用 実施例（図１） 発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ干渉速度計に関
し、特に被測定対象で反射して得られる測定光ビームに
生じるドツプラ効果を利用するものである。
し、特に被測定対象で反射して得られる測定光ビームに
生じるドツプラ効果を利用するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来例えば移動体、振動体、流体等を被
測定対象とし、被測定対象の速度（すなわち移動体にお
いては移動速度、振動体においては振動速度、流体にお
いては流速でなる）を測定するようになされたレーザ干
渉速度計が提案されている（特願昭63−162065号）。
測定対象とし、被測定対象の速度（すなわち移動体にお
いては移動速度、振動体においては振動速度、流体にお
いては流速でなる）を測定するようになされたレーザ干
渉速度計が提案されている（特願昭63−162065号）。
【０００４】かかるレーザ干渉速度計はレーザ光源から
射出されたレーザ光をビームスプリツタを介して分離
し、一方を照射光として被測定対象に照射する。被測定
対象において反射された測定光は被測定対象の速度に応
じたドツプラ効果により照射光に対して周波数偏移が生
じる。レーザ干渉速度計はこの測定光の周波数偏移量を
参照光を基準にして測定することにより被測定対象の速
度を検出するようになされている。ここで参照光はレー
ザ光源より入射される照射光を光変調器を介して周波数
偏移させることにより形成される。
射出されたレーザ光をビームスプリツタを介して分離
し、一方を照射光として被測定対象に照射する。被測定
対象において反射された測定光は被測定対象の速度に応
じたドツプラ効果により照射光に対して周波数偏移が生
じる。レーザ干渉速度計はこの測定光の周波数偏移量を
参照光を基準にして測定することにより被測定対象の速
度を検出するようになされている。ここで参照光はレー
ザ光源より入射される照射光を光変調器を介して周波数
偏移させることにより形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが光変調器を組
み合わせてレーザ干渉速度計を構成すると装置が全体と
して大型になるという問題があつた。またレーザ干渉速
度計によつて検出される被測定対象の最大検出速度は光
変調器によつて形成される参照光の周波数偏移量で決ま
るため、特に高速で移動する被測定対象の移動速度を検
出するためには高周波で動作する光変調器が必要にな
る。ところがこのように高周波で動作し、高精度を有す
る光変調器は実質上困難な問題があつた。
み合わせてレーザ干渉速度計を構成すると装置が全体と
して大型になるという問題があつた。またレーザ干渉速
度計によつて検出される被測定対象の最大検出速度は光
変調器によつて形成される参照光の周波数偏移量で決ま
るため、特に高速で移動する被測定対象の移動速度を検
出するためには高周波で動作する光変調器が必要にな
る。ところがこのように高周波で動作し、高精度を有す
る光変調器は実質上困難な問題があつた。
【０００６】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、光変調器を必要とせず、小型かつ最大検出速度の大
きいレーザ干渉速度計を提案しようとするものである。
で、光変調器を必要とせず、小型かつ最大検出速度の大
きいレーザ干渉速度計を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明においては、レーザ光源３から射出された光
ビームＬ１を被測定対象２に照射し、被測定対象２の反
射光を測定光ビームＬ３として得ると共に光ビームＬ１
を偏光して参照光ビームＬ２を得、測定光ビームＬ３及
び参照光ビームＬ２との干渉光を光検出手段によつて光
検出信号に変換すると光検出信号に基づいて被測定対象
２の速度を測定するレーザ干渉速度計１において、光ビ
ームＬ１又は測定光ビームＬ３を所定の位相差を有する
第１及び第２の参照光ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ又は第１及
び第２の測定光ビームＬ３Ａ、Ｌ３Ｂに分光する分光手
段４、５、６、７と、第１及び第２の参照光ビームＬ２
Ａ、Ｌ２Ｂと測定光ビームＬ３又は第１及び第２の測定
光ビームＬ３Ａ、Ｌ３Ｂと参照光ビームＬ２とを干渉し
てなる第１及び第２の干渉光Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂを検出する
第１及び第２の光検出手段９、１０と、所定の位相差を
有する第１及び第２の基準信号Ｓ３、Ｓ４を発生する基
準信号発生手段１１、１３、１４と、第１及び第２の基
準信号Ｓ３、Ｓ４と第１及び第２の光検出手段９、１０
から出力される第１及び第２の光検出信号Ｓ１、Ｓ２を
それぞれ乗算し、乗算結果に基づいて周波数変調信号Ｓ
７を出力する信号処理部１２、１５、１６と、周波数変
調信号Ｓ７から被測定対象２の速度を測定する復調手段
１７とを備えるようにする。
め、本発明においては、レーザ光源３から射出された光
ビームＬ１を被測定対象２に照射し、被測定対象２の反
射光を測定光ビームＬ３として得ると共に光ビームＬ１
を偏光して参照光ビームＬ２を得、測定光ビームＬ３及
び参照光ビームＬ２との干渉光を光検出手段によつて光
検出信号に変換すると光検出信号に基づいて被測定対象
２の速度を測定するレーザ干渉速度計１において、光ビ
ームＬ１又は測定光ビームＬ３を所定の位相差を有する
第１及び第２の参照光ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ又は第１及
び第２の測定光ビームＬ３Ａ、Ｌ３Ｂに分光する分光手
段４、５、６、７と、第１及び第２の参照光ビームＬ２
Ａ、Ｌ２Ｂと測定光ビームＬ３又は第１及び第２の測定
光ビームＬ３Ａ、Ｌ３Ｂと参照光ビームＬ２とを干渉し
てなる第１及び第２の干渉光Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂを検出する
第１及び第２の光検出手段９、１０と、所定の位相差を
有する第１及び第２の基準信号Ｓ３、Ｓ４を発生する基
準信号発生手段１１、１３、１４と、第１及び第２の基
準信号Ｓ３、Ｓ４と第１及び第２の光検出手段９、１０
から出力される第１及び第２の光検出信号Ｓ１、Ｓ２を
それぞれ乗算し、乗算結果に基づいて周波数変調信号Ｓ
７を出力する信号処理部１２、１５、１６と、周波数変
調信号Ｓ７から被測定対象２の速度を測定する復調手段
１７とを備えるようにする。
【０００８】
【作用】レーザ光源３から射出され、被測定対象２によ
つて反射された測定光Ｌ３と分光手段４、５、６、７を
介して分光された第１及び第２の参照光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ
と、又は第１及び第２の測定光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂと参照光
Ｌ２とを干渉してなる第１及び第２の干渉光Ｌ４Ａ、Ｌ
４Ｂを第１及び第２の光検出手段９、１０によつて検出
し、基準信号発生手段１１、１３、１４より与えられる
第１及び第２の基準信号Ｓ３、Ｓ４と信号処理回路１
２、１５、１６によつて乗算及び加算して周波数変調信
号Ｓ７を得、周波数変調信号Ｓ７を復調手段１７におい
て復調し、被測定対象２の速度を検出するようにしたこ
とにより、一段と簡易な構成により検出精度の高い測定
結果を得ることができると共に、速度の速い測定対象で
も確実に速度を測定することができる。
つて反射された測定光Ｌ３と分光手段４、５、６、７を
介して分光された第１及び第２の参照光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ
と、又は第１及び第２の測定光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂと参照光
Ｌ２とを干渉してなる第１及び第２の干渉光Ｌ４Ａ、Ｌ
４Ｂを第１及び第２の光検出手段９、１０によつて検出
し、基準信号発生手段１１、１３、１４より与えられる
第１及び第２の基準信号Ｓ３、Ｓ４と信号処理回路１
２、１５、１６によつて乗算及び加算して周波数変調信
号Ｓ７を得、周波数変調信号Ｓ７を復調手段１７におい
て復調し、被測定対象２の速度を検出するようにしたこ
とにより、一段と簡易な構成により検出精度の高い測定
結果を得ることができると共に、速度の速い測定対象で
も確実に速度を測定することができる。
【０００９】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
する。
【００１０】図１において、１は全体としてレーザ干渉
速度計を示し、測定光学系１Ａ及び測定信号形成回路１
Ｂを有している。測定光学系１Ａ及び測定信号形成回路
１Ｂは、駆動回路によつて振動駆動されるスピーカ２の
振動面を被測定対象として振動速度を検出するようにな
されている。
速度計を示し、測定光学系１Ａ及び測定信号形成回路１
Ｂを有している。測定光学系１Ａ及び測定信号形成回路
１Ｂは、駆動回路によつて振動駆動されるスピーカ２の
振動面を被測定対象として振動速度を検出するようにな
されている。
【００１１】測定光学系１Ａは、レーザ光源３から射出
された照射光Ｌ１をアイソレータでなる偏光子４及びビ
ームスプリツタ５を介してスピーカ２を照射する。ここ
で照射光Ｌ１の電界の複素振幅Ｅ１は振幅を値Ｖa 、角
周波数を値ω0 、初期位相をφ0 とすると、次式（数
１）
された照射光Ｌ１をアイソレータでなる偏光子４及びビ
ームスプリツタ５を介してスピーカ２を照射する。ここ
で照射光Ｌ１の電界の複素振幅Ｅ１は振幅を値Ｖa 、角
周波数を値ω0 、初期位相をφ0 とすると、次式（数
１）
【数１】 のように表すことができる。偏光子４はかかる照射光Ｌ
１を水平面に対して45゜傾きを有する偏光に直線偏光し
て透過するとビームスプリツタ５に入射するようになさ
れている。
１を水平面に対して45゜傾きを有する偏光に直線偏光し
て透過するとビームスプリツタ５に入射するようになさ
れている。
【００１２】ビームスプリツタ５は水平面に対して45゜
傾いた鏡面を有するハーフミラーでなり、入射された照
射光Ｌ１の一部を透過してスピーカ２を照射すると共に
一部を反射して８分の１波長板６の方向に折り曲げるよ
うになされている。ビームスプリツタ５を透過した照射
光Ｌ１はスピーカ２の振動速度に応じてドツプラ周波数
偏移を受けて反射され、測定光Ｌ３としてビームスプリ
ツタ５に再度入射される。
傾いた鏡面を有するハーフミラーでなり、入射された照
射光Ｌ１の一部を透過してスピーカ２を照射すると共に
一部を反射して８分の１波長板６の方向に折り曲げるよ
うになされている。ビームスプリツタ５を透過した照射
光Ｌ１はスピーカ２の振動速度に応じてドツプラ周波数
偏移を受けて反射され、測定光Ｌ３としてビームスプリ
ツタ５に再度入射される。
【００１３】このとき測定光Ｌ３の電界複素振幅Ｅ２
は、振幅を値Ｖb 、初期位相をφ1 、光の波長をλと
し、スピーカ２の振動による測定光Ｌ３のドツプラー周
波数偏移をｆ(t) とすると、次式（数２）
は、振幅を値Ｖb 、初期位相をφ1 、光の波長をλと
し、スピーカ２の振動による測定光Ｌ３のドツプラー周
波数偏移をｆ(t) とすると、次式（数２）
【数２】 と表すことができる。
【００１４】因に（２）式におけるドツプラー周波数偏
移ｆ(t) は被測定対象であるスピーカ２の振動速度をｖ
(t) とすると、次式（数３）
移ｆ(t) は被測定対象であるスピーカ２の振動速度をｖ
(t) とすると、次式（数３）
【数３】 と表される。
【００１５】これに対して８分の１波長板６を透過した
照射光Ｌ１は反射ミラー７で反射された後、再度８分の
１波長板６を介してビームスプリツタ５に参照光Ｌ２と
して入射する。このとき参照光Ｌ２は紙面に対して垂直
方向及び水平方向に振動面を有する２つの偏光Ｌ２Ａ及
びＬ２Ｂを含み、偏光Ｌ２Ａの位相は照射光Ｌ１に対し
て同位相であるのに対して偏光Ｌ２Ｂの位相は照射光Ｌ
１に対して位相が90゜ずれている。
照射光Ｌ１は反射ミラー７で反射された後、再度８分の
１波長板６を介してビームスプリツタ５に参照光Ｌ２と
して入射する。このとき参照光Ｌ２は紙面に対して垂直
方向及び水平方向に振動面を有する２つの偏光Ｌ２Ａ及
びＬ２Ｂを含み、偏光Ｌ２Ａの位相は照射光Ｌ１に対し
て同位相であるのに対して偏光Ｌ２Ｂの位相は照射光Ｌ
１に対して位相が90゜ずれている。
【００１６】ここで照射光Ｌ１に対して位相のずれた偏
光Ｌ２Ｂの電界の複素振幅Ｅ３は、振幅を値Ｖc 、初期
位相をφ2 （≠φ1 ）とすると、次式（数４）
光Ｌ２Ｂの電界の複素振幅Ｅ３は、振幅を値Ｖc 、初期
位相をφ2 （≠φ1 ）とすると、次式（数４）
【数４】 と表される。この実施例の場合、照射光Ｌ１の初期位相
φ0 と偏光Ｌ２Ｂの初期位相φ2 との位相差φ2 −φ0
は偏光Ｌ２Ｂが８分の１波長板６を２度通過することに
より４分の１波長、すなわち90゜である。
φ0 と偏光Ｌ２Ｂの初期位相φ2 との位相差φ2 −φ0
は偏光Ｌ２Ｂが８分の１波長板６を２度通過することに
より４分の１波長、すなわち90゜である。
【００１７】ビームスプリツタ５は入射される参照光Ｌ
２を下方に透過すると共にスピーカ２より入射された測
定光Ｌ３を反射して折り曲げると参照光Ｌ２と測定光Ｌ
３とを干渉させ、偏光ビームスプリツタ８の方向に出力
する。偏光ビームスプリツタ８は参照光Ｌ２と測定光Ｌ
３とを干渉してなる干渉光Ｌ４を紙面に対して垂直方向
及び水平方向に振動面を有する２つの偏光干渉光Ｌ４Ａ
及びＬ４Ｂに分離するとフオトダイオード９及び１０に
入射する。
２を下方に透過すると共にスピーカ２より入射された測
定光Ｌ３を反射して折り曲げると参照光Ｌ２と測定光Ｌ
３とを干渉させ、偏光ビームスプリツタ８の方向に出力
する。偏光ビームスプリツタ８は参照光Ｌ２と測定光Ｌ
３とを干渉してなる干渉光Ｌ４を紙面に対して垂直方向
及び水平方向に振動面を有する２つの偏光干渉光Ｌ４Ａ
及びＬ４Ｂに分離するとフオトダイオード９及び１０に
入射する。
【００１８】フオトダイオード９及び１０は、それぞれ
入射される偏光干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂからスピーカ２
の速度情報を検出すると、検出信号Ｓ１及びＳ２として
速度信号形成回路１Ｂに出力する。ここで検出信号Ｓ１
及びＳ２は偏光干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂを２乗検波した
信号レベルから直流成分を除いた交流成分でなる。すな
わち受光素子９及び１０は、入射される偏光干渉光Ｌ４
Ａ、Ｌ４Ｂを２乗検波して、次式（数５）及び（数６）
入射される偏光干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂからスピーカ２
の速度情報を検出すると、検出信号Ｓ１及びＳ２として
速度信号形成回路１Ｂに出力する。ここで検出信号Ｓ１
及びＳ２は偏光干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂを２乗検波した
信号レベルから直流成分を除いた交流成分でなる。すな
わち受光素子９及び１０は、入射される偏光干渉光Ｌ４
Ａ、Ｌ４Ｂを２乗検波して、次式（数５）及び（数６）
【数５】
【数６】 を得る。
【００１９】かかる後受光素子９及び１０は（５）式及
び（６）式で表される信号レベルから直流成分（右辺第
１項及び第２項）を取り除くとスピーカ２の振動速度情
報を含む交流信号成分ＡＣ１、ＡＣ２（右辺第３項）
を、次式（数７）及び（数８）
び（６）式で表される信号レベルから直流成分（右辺第
１項及び第２項）を取り除くとスピーカ２の振動速度情
報を含む交流信号成分ＡＣ１、ＡＣ２（右辺第３項）
を、次式（数７）及び（数８）
【数７】
【数８】 として取り出すと検出信号Ｓ１、Ｓ２として出力する。
【００２０】速度信号形成回路１Ｂは正弦波発生器でな
る基準信号発生回路１１を有しており、次式（数９）
る基準信号発生回路１１を有しており、次式（数９）
【数９】 に示すように振幅Ｖd 、角周波数ω1 及び初期位相φ3
をもち正弦波形でなる正弦波信号Ｓ３を乗算回路１２に
供給する。ここで角周波数ω1 は検出信号Ｓ１、Ｓ２か
らドツプラー周波数偏移ｆ(t) を検出する際の中心周波
数である。
をもち正弦波形でなる正弦波信号Ｓ３を乗算回路１２に
供給する。ここで角周波数ω1 は検出信号Ｓ１、Ｓ２か
らドツプラー周波数偏移ｆ(t) を検出する際の中心周波
数である。
【００２１】また速度信号形成回路１Ｂは位相制御回路
１３、増幅回路１４を順次介して、次式（数１０）
１３、増幅回路１４を順次介して、次式（数１０）
【数１０】 に示すように振幅Ｖe 及び初期位相φ4 をもつ正弦波形
でなる変調正弦波信号Ｓ４を乗算回路１５に供給するよ
うになされている。
でなる変調正弦波信号Ｓ４を乗算回路１５に供給するよ
うになされている。
【００２２】乗算回路１２及び１５は検出信号Ｓ１と正
弦波信号Ｓ３及び検出信号Ｓ２と変調正弦波信号Ｓ４を
それぞれ掛け合わせると、乗算結果を乗算信号Ｓ５及び
Ｓ６として加算回路１６に出力する。このとき乗算信号
Ｓ５、Ｓ６は、次式（数１１）及び（数１２）
弦波信号Ｓ３及び検出信号Ｓ２と変調正弦波信号Ｓ４を
それぞれ掛け合わせると、乗算結果を乗算信号Ｓ５及び
Ｓ６として加算回路１６に出力する。このとき乗算信号
Ｓ５、Ｓ６は、次式（数１１）及び（数１２）
【数１１】
【数１２】 として示すように互いに異なる振幅及び位相を有する信
号成分でなる。
号成分でなる。
【００２３】ここで位相制御回路１３及び増幅回路１４
はそれぞれ正弦波信号Ｓ３の位相及び振幅を、次式（数
１３）及び（数１４）
はそれぞれ正弦波信号Ｓ３の位相及び振幅を、次式（数
１３）及び（数１４）
【数１３】
【数１４】 の条件に基づいて変調するようになされており、乗算信
号Ｓ５を表す（11）式の右辺第２項の振幅及び位相が乗
算信号Ｓ６を表す（12）式の右辺第２項の反転信号と一
致するように調整できるようになされており、これによ
り（11）式の右辺第２項を（12）式の右辺第２項で打ち
消すことができるようになされている。
号Ｓ５を表す（11）式の右辺第２項の振幅及び位相が乗
算信号Ｓ６を表す（12）式の右辺第２項の反転信号と一
致するように調整できるようになされており、これによ
り（11）式の右辺第２項を（12）式の右辺第２項で打ち
消すことができるようになされている。
【００２４】かかる条件に基づいて変調された乗算信号
Ｓ６は、次式（数１５）
Ｓ６は、次式（数１５）
【数１５】 のように変換される。加算回路１６は乗算信号Ｓ５及び
Ｓ６を乗算回路１２及び１５よりそれぞれ入力すると加
算し、次式（数１６）
Ｓ６を乗算回路１２及び１５よりそれぞれ入力すると加
算し、次式（数１６）
【数１６】 で示す周波数変調信号Ｓ７をＦＭ（frequency modulati
on）復調回路１７に出力する。
on）復調回路１７に出力する。
【００２５】ここで周波数変調信号Ｓ７は（16）式の右
辺を整理すると、次式（数１７）
辺を整理すると、次式（数１７）
【数１７】 として表される。ＦＭ復調回路１７はかかる（17）式で
表される周波数変調信号Ｓ７を角周波数ω1 を中心周波
数として復調するとドツプラ効果による周波数偏移量Δ
ｆを検出する。レーザ干渉速度計１はかかる周波数偏移
量Δｆに基づいてスピーカ２の振動速度を検出するよう
になされている。
表される周波数変調信号Ｓ７を角周波数ω1 を中心周波
数として復調するとドツプラ効果による周波数偏移量Δ
ｆを検出する。レーザ干渉速度計１はかかる周波数偏移
量Δｆに基づいてスピーカ２の振動速度を検出するよう
になされている。
【００２６】以上の構成において、レーザ光源３から射
出された照射光Ｌ１は偏光子４を介して直線偏光された
後ビームスプリツタ５に入射される。照射光Ｌ１は、ビ
ームスプリツタ５で分離された後、８分の１波長板６を
透過すると固定鏡７で反射され、再度８分の１波長板６
を通つてビームスプリツタ５に参照光Ｌ２として入射す
る。
出された照射光Ｌ１は偏光子４を介して直線偏光された
後ビームスプリツタ５に入射される。照射光Ｌ１は、ビ
ームスプリツタ５で分離された後、８分の１波長板６を
透過すると固定鏡７で反射され、再度８分の１波長板６
を通つてビームスプリツタ５に参照光Ｌ２として入射す
る。
【００２７】このとき参照光Ｌ２は８分の１波長板６を
２度通過することにより、参照光Ｌ２に含まれる偏光Ｌ
２Ａ及びＬ２Ｂの位相に90゜のずれが生じている。一方
ビームスプリツタ５を透過し、スピーカ２の振動面に入
射された照射光Ｌ１はスピーカ２の振動速度に応じてド
ツプラー周波数偏移を受けると測定光Ｌ３として反射さ
れる。
２度通過することにより、参照光Ｌ２に含まれる偏光Ｌ
２Ａ及びＬ２Ｂの位相に90゜のずれが生じている。一方
ビームスプリツタ５を透過し、スピーカ２の振動面に入
射された照射光Ｌ１はスピーカ２の振動速度に応じてド
ツプラー周波数偏移を受けると測定光Ｌ３として反射さ
れる。
【００２８】測定光Ｌ３はビームスプリツタ５において
反射され、偏光ビームスプリツタ８の方向に折り曲げら
れると偏光Ｌ２Ａ及び偏光Ｌ２Ｂとそれぞれ干渉し、偏
光ビームスプリツタ８に干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂとして
入射される。偏光ビームスプリツタ８は偏光面の異なる
干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂを分離すると干渉光Ｌ４Ａを受
光素子９に入射し、干渉光Ｌ４Ｂを受光素子１０に入射
する。
反射され、偏光ビームスプリツタ８の方向に折り曲げら
れると偏光Ｌ２Ａ及び偏光Ｌ２Ｂとそれぞれ干渉し、偏
光ビームスプリツタ８に干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂとして
入射される。偏光ビームスプリツタ８は偏光面の異なる
干渉光Ｌ４Ａ及びＬ４Ｂを分離すると干渉光Ｌ４Ａを受
光素子９に入射し、干渉光Ｌ４Ｂを受光素子１０に入射
する。
【００２９】受光素子９は照射光Ｌ１と同位相を有する
偏光Ｌ２Ａと測定光Ｌ３の干渉光Ｌ４Ａを２乗検波して
得られる（５）式の信号成分から直流成分を取り除き、
（７）式で表されるようにスピーカ２の振動速度情報を
含んだ検出信号Ｓ１を出力する。同様に受光素子１０は
照射光Ｌ１に対して90゜の位相差を有する偏光Ｌ２Ｂと
測定光Ｌ３の干渉光Ｌ４Ｂを２乗検波して得られる
（６）式の信号成分から直流成分を取り除くと、（８）
式で表されるように検出信号Ｓ２を出力する。
偏光Ｌ２Ａと測定光Ｌ３の干渉光Ｌ４Ａを２乗検波して
得られる（５）式の信号成分から直流成分を取り除き、
（７）式で表されるようにスピーカ２の振動速度情報を
含んだ検出信号Ｓ１を出力する。同様に受光素子１０は
照射光Ｌ１に対して90゜の位相差を有する偏光Ｌ２Ｂと
測定光Ｌ３の干渉光Ｌ４Ｂを２乗検波して得られる
（６）式の信号成分から直流成分を取り除くと、（８）
式で表されるように検出信号Ｓ２を出力する。
【００３０】測定信号形成回路１Ｂに入力された検出信
号Ｓ１及びＳ２は角周波数ω１を中心周波数とする正弦
波信号Ｓ３及びＳ４とそれぞれ乗算回路１２及び１５に
おいて乗算される。このとき位相制御回路１３及び増幅
回路１４を介して乗算回路１５に入力される正弦波信号
Ｓ４の位相及び振幅は正弦波信号Ｓ３の位相及び振幅に
対して（13）式及び（14) 式で与えられる条件を満たす
ように設定されることにより、乗算信号Ｓ６を表す(15)
式の第２項は乗算信号Ｓ５の第２項により打ち消され
る。
号Ｓ１及びＳ２は角周波数ω１を中心周波数とする正弦
波信号Ｓ３及びＳ４とそれぞれ乗算回路１２及び１５に
おいて乗算される。このとき位相制御回路１３及び増幅
回路１４を介して乗算回路１５に入力される正弦波信号
Ｓ４の位相及び振幅は正弦波信号Ｓ３の位相及び振幅に
対して（13）式及び（14) 式で与えられる条件を満たす
ように設定されることにより、乗算信号Ｓ６を表す(15)
式の第２項は乗算信号Ｓ５の第２項により打ち消され
る。
【００３１】これにより加算回路１６を介してＦＭ復調
回路１７に入力される周波数変調信号Ｓ７は（17）式に
示すように、振幅Ｖa ・Ｖb ・Ｖd sin(φ2 −φ0)を有
し、中心周波数ω1 に対してスピーカ２の振動面の変位
に応じて周波数が偏移してなる周波数変調信号として与
えられる。この実施例の場合、周波数変調信号Ｓ７の振
幅は照射光Ｌ１と偏光Ｌ２Ｂとの初期位相差φ２−φ０
が90゜であることにより検出される周波数変調信号Ｓ７
の振幅はＶa ・Ｖb ・Ｖd となり信号レベルは最大にな
る。
回路１７に入力される周波数変調信号Ｓ７は（17）式に
示すように、振幅Ｖa ・Ｖb ・Ｖd sin(φ2 −φ0)を有
し、中心周波数ω1 に対してスピーカ２の振動面の変位
に応じて周波数が偏移してなる周波数変調信号として与
えられる。この実施例の場合、周波数変調信号Ｓ７の振
幅は照射光Ｌ１と偏光Ｌ２Ｂとの初期位相差φ２−φ０
が90゜であることにより検出される周波数変調信号Ｓ７
の振幅はＶa ・Ｖb ・Ｖd となり信号レベルは最大にな
る。
【００３２】ＦＭ復調回路１７はかかる周波数変調信号
Ｓ７を復調することにより、スピーカ３の振動面の振動
速度に対応する測定出力を得ることができる。
Ｓ７を復調することにより、スピーカ３の振動面の振動
速度に対応する測定出力を得ることができる。
【００３３】以上の構成によれば、照射光Ｌ１を８分の
１波長板６を２度透過させて位相の異なる偏光Ｌ２Ａ、
Ｌ２Ｂでなる参照光Ｌ２を得、かかる参照光Ｌ２と被測
定対象２より反射された測定光Ｌ１との干渉光Ｌ４Ａ、
Ｌ４Ｂから得られる検出信号Ｓ１、Ｓ２に位相差を有す
る正弦波信号Ｓ３、Ｓ４を乗算して信号処理することに
より、一段と簡易かつ小型軽量な光学系を有するレーザ
干渉速度計を得ることができる。
１波長板６を２度透過させて位相の異なる偏光Ｌ２Ａ、
Ｌ２Ｂでなる参照光Ｌ２を得、かかる参照光Ｌ２と被測
定対象２より反射された測定光Ｌ１との干渉光Ｌ４Ａ、
Ｌ４Ｂから得られる検出信号Ｓ１、Ｓ２に位相差を有す
る正弦波信号Ｓ３、Ｓ４を乗算して信号処理することに
より、一段と簡易かつ小型軽量な光学系を有するレーザ
干渉速度計を得ることができる。
【００３４】またレーザ干渉速度計によつて検出可能な
被測定対象２の最大検出速度は周波数発振器１１より発
振出力される正弦波信号Ｓ３及びＳ４の周波数ω1 によ
り定まり、高速移動する被測定対象２の移動速度を検出
したい場合には発振周波数ω1 を高周波数にすれば良い
ことにより以前に比して一段と容易に検出領域を拡大す
ることができる。
被測定対象２の最大検出速度は周波数発振器１１より発
振出力される正弦波信号Ｓ３及びＳ４の周波数ω1 によ
り定まり、高速移動する被測定対象２の移動速度を検出
したい場合には発振周波数ω1 を高周波数にすれば良い
ことにより以前に比して一段と容易に検出領域を拡大す
ることができる。
【００３５】なお上述の実施例においては、照射光Ｌ１
を８分の１波長板６を２度透過させることにより参照光
Ｌ２を得る場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、種々の波長の波長変調板を用い、異なる位相差を有
する偏光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂを含む参照光Ｌ２を得るように
しても良い。
を８分の１波長板６を２度透過させることにより参照光
Ｌ２を得る場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、種々の波長の波長変調板を用い、異なる位相差を有
する偏光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂを含む参照光Ｌ２を得るように
しても良い。
【００３６】また上述の実施例においては、位相の異な
る偏光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂと測定光Ｌ３を干渉させることに
より被測定対象２の振動速度を検出する場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、測定光Ｌ３から位相の
異なる２つの偏光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂを得、かかる偏光Ｌ３
Ａ、Ｌ３Ｂと参照光Ｌ２とを干渉させてなる干渉光Ｌ４
Ａ、Ｌ４Ｂから被測定対象２の振動速度を検出するよう
にしても良い。
る偏光Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂと測定光Ｌ３を干渉させることに
より被測定対象２の振動速度を検出する場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、測定光Ｌ３から位相の
異なる２つの偏光Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂを得、かかる偏光Ｌ３
Ａ、Ｌ３Ｂと参照光Ｌ２とを干渉させてなる干渉光Ｌ４
Ａ、Ｌ４Ｂから被測定対象２の振動速度を検出するよう
にしても良い。
【００３７】さらに上述の実施例においては、乗算信号
Ｓ５及びＳ６を加算回路１６において加算する場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、乗算信号Ｓ５及
びＳ６を減算し、周波数変調信号Ｓ７を得るようにして
も良い。
Ｓ５及びＳ６を加算回路１６において加算する場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、乗算信号Ｓ５及
びＳ６を減算し、周波数変調信号Ｓ７を得るようにして
も良い。
【００３８】さらに上述の実施例においては、被測定対
象としてスピーカ２を用い、スピーカ２の振動速度を検
出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
種々の測定対象の運動速度の検出に用いることができ
る。
象としてスピーカ２を用い、スピーカ２の振動速度を検
出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
種々の測定対象の運動速度の検出に用いることができ
る。
【００３９】さらに上述の実施例においては、正弦波信
号Ｓ３を位相制御回路１３及び増幅回路１４を介して位
相及び振幅変調し、乗算回路１５に正弦波信号Ｓ４を入
力する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
位相制御回路１３又は増幅回路１４を乗算回路１５と加
算回路１６との間に配設し、乗算信号Ｓ６の位相及び振
幅を変調するようにしても良く、また乗算回路１２と加
算回路１６との間に設けるようにしても良い。
号Ｓ３を位相制御回路１３及び増幅回路１４を介して位
相及び振幅変調し、乗算回路１５に正弦波信号Ｓ４を入
力する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
位相制御回路１３又は増幅回路１４を乗算回路１５と加
算回路１６との間に配設し、乗算信号Ｓ６の位相及び振
幅を変調するようにしても良く、また乗算回路１２と加
算回路１６との間に設けるようにしても良い。
【００４０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、参照光又
は測定光を分光手段を透過することにより得られる位相
の異なる２つの偏光と測定光又は参照光を干渉させ、か
かる２つの干渉光を検出して得られる信号成分に正弦波
信号をそれぞれ乗算し、乗算結果に基づいて被測定対象
の速度を測定するようにしたことにより光変調器をなく
し得、簡易かつ小型で、検出精度の高い測定結果を得る
ことができると共に、速度の速い被測定対象でも確実に
速度を測定することができる。
は測定光を分光手段を透過することにより得られる位相
の異なる２つの偏光と測定光又は参照光を干渉させ、か
かる２つの干渉光を検出して得られる信号成分に正弦波
信号をそれぞれ乗算し、乗算結果に基づいて被測定対象
の速度を測定するようにしたことにより光変調器をなく
し得、簡易かつ小型で、検出精度の高い測定結果を得る
ことができると共に、速度の速い被測定対象でも確実に
速度を測定することができる。
【図１】本発明によるレーザ干渉速度計の一実施例を示
す接続図である。
す接続図である。
１……レーザ干渉速度計、６……８分の１波長板、７…
…固定鏡、８……偏光ビームスプリツタ、１１……基準
信号発生回路、１２、１５……乗算回路、１３……位相
制御回路、１４……増幅回路、１６……加算回路、１７
……ＦＭ復調回路。
…固定鏡、８……偏光ビームスプリツタ、１１……基準
信号発生回路、１２、１５……乗算回路、１３……位相
制御回路、１４……増幅回路、１６……加算回路、１７
……ＦＭ復調回路。
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ光源から射出された光ビームを被測
定対象に照射し、上記被測定対象の反射光を測定光ビー
ムとして得ると共に上記光ビームを偏光して参照光ビー
ムを得、上記測定光ビーム及び上記参照光ビームとの干
渉光を光検出手段によつて光検出信号に変換すると上記
光検出信号に基づいて上記被測定対象の速度を測定する
レーザ干渉速度計において、上記光ビーム又は上記測定
光ビームを所定の位相差を有する第１及び第２の参照光
ビーム又は第１及び第２の測定光ビームに分光する分光
手段と、上記第１及び第２の参照光ビームと上記測定光
ビーム又は上記第１及び第２の測定光ビームと上記参照
光ビームとを干渉してなる第１及び第２の上記干渉光を
検出する第１及び第２の上記光検出手段と、所定の位相
差を有する第１及び第２の基準信号を発生する基準信号
発生手段と、上記第１及び第２の基準信号と上記第１及
び第２の光検出手段から出力される第１及び第２の光検
出信号をそれぞれ乗算し、乗算結果に基づいて周波数変
調信号を出力する信号処理部と、上記周波数変調信号か
ら上記被測定対象の速度を測定する復調手段とを具える
ことを特徴とするレーザ干渉速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412920A JP2970817B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | レーザ干渉速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412920A JP2970817B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | レーザ干渉速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223291A JPH04223291A (ja) | 1992-08-13 |
| JP2970817B2 true JP2970817B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=18521660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2412920A Expired - Fee Related JP2970817B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | レーザ干渉速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2970817B2 (ja) |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2412920A patent/JP2970817B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04223291A (ja) | 1992-08-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |