JP3077266B2 - レーザドップラ速度計 - Google Patents
レーザドップラ速度計Info
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- JP3077266B2 JP3077266B2 JP03178941A JP17894191A JP3077266B2 JP 3077266 B2 JP3077266 B2 JP 3077266B2 JP 03178941 A JP03178941 A JP 03178941A JP 17894191 A JP17894191 A JP 17894191A JP 3077266 B2 JP3077266 B2 JP 3077266B2
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- Japan
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- waveguide
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光変調器を正弦波変調
信号によって変調動作させることにより高い精度で測定
結果を得ることができるレーザドップラ速度計に関する
ものである。
信号によって変調動作させることにより高い精度で測定
結果を得ることができるレーザドップラ速度計に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザドップラ速度計において
は、被測定対象として例えば移動体の移動速度、振動体
の振動速度、流体の流速等を測定するようになされたも
のがある（電子通信学会研究報告ＯＱＥ85-160、25頁〜
30頁）。すなわち、被測定対象にレーザ光源から得られ
る光ビームを照射すると、被測定対象の速度に応じて周
波数が偏移した反射光ビームを得ることができるため、
被測定対象に照射した光ビームに対する反射光ビームの
周波数偏移量を測定すれば被測定対象の速度を検出する
ことができる。
は、被測定対象として例えば移動体の移動速度、振動体
の振動速度、流体の流速等を測定するようになされたも
のがある（電子通信学会研究報告ＯＱＥ85-160、25頁〜
30頁）。すなわち、被測定対象にレーザ光源から得られ
る光ビームを照射すると、被測定対象の速度に応じて周
波数が偏移した反射光ビームを得ることができるため、
被測定対象に照射した光ビームに対する反射光ビームの
周波数偏移量を測定すれば被測定対象の速度を検出する
ことができる。
【０００３】レーザドップラ速度計においてはこのよう
な測定原理に基づいて、レーザ光源から得られる光ビー
ムに対して所定量だけ周波数偏移した参照光ビームを形
成し、この参照光ビームを基準にして反射光ビームの周
波数偏移量を測定することにより、被測定対象の速度を
測定するようになされている。
な測定原理に基づいて、レーザ光源から得られる光ビー
ムに対して所定量だけ周波数偏移した参照光ビームを形
成し、この参照光ビームを基準にして反射光ビームの周
波数偏移量を測定することにより、被測定対象の速度を
測定するようになされている。
【０００４】図５はこのようなレーザドップラ速度計の
一例であり、このレーザドップラ速度計１において、２
は電気光学効果を有する基板（例えばLiNbO3）であり、
この基板２上には分岐部３ａで分岐された導波路３ｂ，
３ｃ，３ｄによって略Ｙ字状とされた光導波路３が設け
られている。また導波路３ｂの部分にはその両側の電極
４ａ，４ｂからなる光変調器４が設けられている。
一例であり、このレーザドップラ速度計１において、２
は電気光学効果を有する基板（例えばLiNbO3）であり、
この基板２上には分岐部３ａで分岐された導波路３ｂ，
３ｃ，３ｄによって略Ｙ字状とされた光導波路３が設け
られている。また導波路３ｂの部分にはその両側の電極
４ａ，４ｂからなる光変調器４が設けられている。
【０００５】５は半導体レーザであり基板２の端部に配
置され、半導体レーザ５の前面から出力される光ビーム
ＬF は、被測定対象となる物体Ｓ（例えばスピーカの振
動面）に向かって照射され、その反射光ＬF'が導波路３
ｃに端部３ｃ1 から入射されるようになされているとと
もに、半導体レーザ５の背面から出力される光ビームＬ
R は導波路３ｂの端部３ｂ1 に入射されるようになされ
ている。
置され、半導体レーザ５の前面から出力される光ビーム
ＬF は、被測定対象となる物体Ｓ（例えばスピーカの振
動面）に向かって照射され、その反射光ＬF'が導波路３
ｃに端部３ｃ1 から入射されるようになされているとと
もに、半導体レーザ５の背面から出力される光ビームＬ
R は導波路３ｂの端部３ｂ1 に入射されるようになされ
ている。
【０００６】半導体レーザ５の背面から出力されて導波
路３ｂに入射された光ビームＬR は光変調器４で位相変
調され、参照光とされることになる。つまり、光変調器
４においては電極４ａ，４ｂに印加される電圧に応じて
導波路の屈折率が変化することから導波路３ｂに光ビー
ムＬR を入射することにより、印加電圧（変調信号）に
比例して位相が変化した光ビーム即ち参照光を得ること
ができるものである。
路３ｂに入射された光ビームＬR は光変調器４で位相変
調され、参照光とされることになる。つまり、光変調器
４においては電極４ａ，４ｂに印加される電圧に応じて
導波路の屈折率が変化することから導波路３ｂに光ビー
ムＬR を入射することにより、印加電圧（変調信号）に
比例して位相が変化した光ビーム即ち参照光を得ること
ができるものである。
【０００７】ここで、電極４ａ，４ｂに印加される変調
信号としては、正弦波発生回路６から出力された所定の
周波数（角周波数ωm ）の正弦波信号が可変利得増幅器
７を介して供給されている。従って、可変利得増幅器７
をコントロールして所定の電圧レベルの正弦波信号を変
調信号として電極４ａ，４ｂに供給することで任意の位
相変調度を設定できる。
信号としては、正弦波発生回路６から出力された所定の
周波数（角周波数ωm ）の正弦波信号が可変利得増幅器
７を介して供給されている。従って、可変利得増幅器７
をコントロールして所定の電圧レベルの正弦波信号を変
調信号として電極４ａ，４ｂに供給することで任意の位
相変調度を設定できる。
【０００８】この光変調器４によって得られる参照光の
電界Ｅref は、
電界Ｅref は、
【数１】 で表わされる。ただし、ω0 はレーザ光の角周波数、ｍ
1 は位相変調指数、φ1は初期位相、Ｊq はｑ次のベッ
セル関数である。
1 は位相変調指数、φ1は初期位相、Ｊq はｑ次のベッ
セル関数である。
【０００９】位相変調指数ｍ1 はさらに、
【数２】 で表わされる。ここで、αは変調効率（０＜α＜１）、
ｎs は基板２の屈折率、γは基板２の電気光学定数、Ｖ
1 は電極４ａ，４ｂに印加する変調信号の電圧、ｌ1 は
電極４ａ，４ｂの長さ、ｄ1 は電極４ａ，４ｂの間隔で
ある。
ｎs は基板２の屈折率、γは基板２の電気光学定数、Ｖ
1 は電極４ａ，４ｂに印加する変調信号の電圧、ｌ1 は
電極４ａ，４ｂの長さ、ｄ1 は電極４ａ，４ｂの間隔で
ある。
【００１０】一方、半導体レーザ５の前面側から照射さ
れ被測定対象Ｓに反射して端部３ｃ1 から導波路３ｃに
導かれた反射光ＬF'の電界Ｅsig は、
れ被測定対象Ｓに反射して端部３ｃ1 から導波路３ｃに
導かれた反射光ＬF'の電界Ｅsig は、
【数３】 として表わされる。ただし、ｋ0 はレーザ光の波長、φ
2 は初期位相である。
2 は初期位相である。
【００１１】この反射光と参照光は分岐部３ａから導波
路３ｄに導かれて合波され、導波路３ｄの端部３ｄ1 部
分に配置された光検出器８で受光されることになる。こ
こで、光検出器８の出力電流ＩDET(t)は、参照光と反射
光から次の（数４）のように計算される。
路３ｄに導かれて合波され、導波路３ｄの端部３ｄ1 部
分に配置された光検出器８で受光されることになる。こ
こで、光検出器８の出力電流ＩDET(t)は、参照光と反射
光から次の（数４）のように計算される。
【数４】 ただし、Ｅ1 ＝Ｅ* 1、Ｅ2 ＝Ｅ* 2、ξ1 は光検出器８の
感度である。なお、２ω0 を含む成分は光検出器８で検
出できないため無視した。
感度である。なお、２ω0 を含む成分は光検出器８で検
出できないため無視した。
【００１２】この光検出器８の出力電流ＩDET(t)はω
m 、２ωm を中心周波数とするバンドパスフィルタ９に
供給され交流分が取り出される。すなわちバンドパスフ
ィルタ９の出力ｉDET(t)は、
m 、２ωm を中心周波数とするバンドパスフィルタ９に
供給され交流分が取り出される。すなわちバンドパスフ
ィルタ９の出力ｉDET(t)は、
【数５】 で示される。ただし、ωm ＞＞2k0v(t) とする。このバ
ンドパスフィルタ９の出力は周波数混合回路１０に入力
される。
ンドパスフィルタ９の出力は周波数混合回路１０に入力
される。
【００１３】また、正弦波発生回路６から出力される正
弦波信号（角周波数ωm ）は１／２分周回路１１及び移
相器１２にも供給されて、
弦波信号（角周波数ωm ）は１／２分周回路１１及び移
相器１２にも供給されて、
【数６】 で示される基準信号が生成されており、この基準信号が
周波数混合回路１０に供給されている。従って周波数混
合回路１０ではこの（数６）の基準信号が（数５）のバ
ンドパスフィルタ９の出力に乗じられる。
周波数混合回路１０に供給されている。従って周波数混
合回路１０ではこの（数６）の基準信号が（数５）のバ
ンドパスフィルタ９の出力に乗じられる。
【００１４】周波数混合回路１０の出力は (3/2)ωm を
中心周波数とするバンドパスフィルタ１３に供給され
(3/2)ωm付近の信号成分のみが取り出される。バンドパ
スフィルタ１３の出力は（数７）で示される。
中心周波数とするバンドパスフィルタ１３に供給され
(3/2)ωm付近の信号成分のみが取り出される。バンドパ
スフィルタ１３の出力は（数７）で示される。
【数７】
【００１５】バンドパスフィルタ１３の出力は復調回路
１４に供給されて復調され、これによって被測定対象物
体Ｓの振動周波数が得られ、物体Ｓの振動周波数から物
体Ｓの速度ｖを求めることができるわけであるが、上記
（数７）で示されるバンドパスフィルタ１３の出力は無
条件では復調できず、位相変調指数ｍ1 が調整されてい
る必要がある。
１４に供給されて復調され、これによって被測定対象物
体Ｓの振動周波数が得られ、物体Ｓの振動周波数から物
体Ｓの速度ｖを求めることができるわけであるが、上記
（数７）で示されるバンドパスフィルタ１３の出力は無
条件では復調できず、位相変調指数ｍ1 が調整されてい
る必要がある。
【００１６】ここで、ベッセル関数の一次と二次の成分
が或る位相変調指数において等しければ、上記（数７）
を整理することができる。いま、図６のベッセル関数か
ら、位相変調指数ｍ1 ＝2.6 としたときに、整合条件Ｊ
1(ｍ1)＝Ｊ2(ｍ1)が満たされることが分かる。このと
き、上記（数７）は次の（数８）のように整理される。
が或る位相変調指数において等しければ、上記（数７）
を整理することができる。いま、図６のベッセル関数か
ら、位相変調指数ｍ1 ＝2.6 としたときに、整合条件Ｊ
1(ｍ1)＝Ｊ2(ｍ1)が満たされることが分かる。このと
き、上記（数７）は次の（数８）のように整理される。
【数８】
【００１７】この（数８）の右辺第１項は同相信号（in
-phase信号）であり、右辺第２項は位相直交信号（out-
of-phase信号）である。ここで例えば移相器１２によ
り、φ3 ＝０，π，２π，・・・・・ と調整すれば、（数
８）から同相信号成分である、
-phase信号）であり、右辺第２項は位相直交信号（out-
of-phase信号）である。ここで例えば移相器１２によ
り、φ3 ＝０，π，２π，・・・・・ と調整すれば、（数
８）から同相信号成分である、
【数９】 のみを取り出すことができ、従って、これを復調回路１
４に入力することによって、被測定対象物体Ｓの振動周
波数ｆD を
４に入力することによって、被測定対象物体Ｓの振動周
波数ｆD を
【数１０】 として得られることになる。ただし、λ0 はレーザ光の
波長である。結局、λ0 が既知であれば、物体Ｓの振動
周波数ｆD から物体Ｓの速度ｖが求められることが理解
される。
波長である。結局、λ0 が既知であれば、物体Ｓの振動
周波数ｆD から物体Ｓの速度ｖが求められることが理解
される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなレーザドップラ速度計では、周波数混合回路１０や
移相器１２等が必要で信号処理回路が複雑となり、電気
回路部分を小型化できず、これがレーザドップラ速度計
の小型化に大きな障害となっているという問題がある。
うなレーザドップラ速度計では、周波数混合回路１０や
移相器１２等が必要で信号処理回路が複雑となり、電気
回路部分を小型化できず、これがレーザドップラ速度計
の小型化に大きな障害となっているという問題がある。
【００１９】さらに周波数混合回路１０を用いている
が、回路の非線形性のために不要な信号が発生しやす
い。このため信号対雑音比が低下し、速度の検出感度が
不十分となってしまうという問題もある。
が、回路の非線形性のために不要な信号が発生しやす
い。このため信号対雑音比が低下し、速度の検出感度が
不十分となってしまうという問題もある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点にかんがみてなされたもので、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てその反射光を得る
とともに、レーザ光源から射出された光ビームを位相変
調器に入射して参照光を得、反射光及び参照光を含む合
成光を光検出手段によって光検出信号に変換し、光検出
信号に基づいて被測定対象の速度を測定するようになさ
れたレーザドップラ速度計において、位相変調器の電極
に印加する変調信号を周波数の異なる２つの正弦波信号
によって生成するようにしたものである。
点にかんがみてなされたもので、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てその反射光を得る
とともに、レーザ光源から射出された光ビームを位相変
調器に入射して参照光を得、反射光及び参照光を含む合
成光を光検出手段によって光検出信号に変換し、光検出
信号に基づいて被測定対象の速度を測定するようになさ
れたレーザドップラ速度計において、位相変調器の電極
に印加する変調信号を周波数の異なる２つの正弦波信号
によって生成するようにしたものである。
【００２１】
【作用】レーザドップラ速度計において、位相変調器に
周波数の異なる２つの正弦波信号を変調信号として印加
することにより、それぞれの位相変調指数を最適化する
だけで被測定対象物体の速度に対応した信号を取り出す
ことができる。
周波数の異なる２つの正弦波信号を変調信号として印加
することにより、それぞれの位相変調指数を最適化する
だけで被測定対象物体の速度に対応した信号を取り出す
ことができる。
【００２２】
【実施例】図１は本発明のレーザドップラ速度計の一実
施例を示す構成図であり、前記図５と同一部分は同一符
合を付して説明を省略する。２０はレーザドップラ速度
計全体を示す。２１は角周波数ωm の正弦波を発生する
正弦波発生回路であり、この正弦波発生回路２１から出
力される正弦波信号は可変利得増幅器２２及び１／２分
周回路２３に供給される。１／２分周回路２３で分周さ
れて正弦波発生回路２１の出力と異なる周波数とされた
信号はさらに可変利得増幅器２４に供給される。
施例を示す構成図であり、前記図５と同一部分は同一符
合を付して説明を省略する。２０はレーザドップラ速度
計全体を示す。２１は角周波数ωm の正弦波を発生する
正弦波発生回路であり、この正弦波発生回路２１から出
力される正弦波信号は可変利得増幅器２２及び１／２分
周回路２３に供給される。１／２分周回路２３で分周さ
れて正弦波発生回路２１の出力と異なる周波数とされた
信号はさらに可変利得増幅器２４に供給される。
【００２３】そして、可変利得増幅器２２，２４によっ
てそれぞれ所定ゲインを与えられた信号は加算器２５に
おいて加算され、この加算器２５の出力が変調信号とし
て位相変調器４の電極４ａ，４ｂに印加される。すなわ
ち、電極４ａ，４ｂに印加される変調信号は２つの異な
る正弦波信号から生成されていることになる。
てそれぞれ所定ゲインを与えられた信号は加算器２５に
おいて加算され、この加算器２５の出力が変調信号とし
て位相変調器４の電極４ａ，４ｂに印加される。すなわ
ち、電極４ａ，４ｂに印加される変調信号は２つの異な
る正弦波信号から生成されていることになる。
【００２４】このとき、半導体レーザ５の背面側から出
射されて端部３ｂ1 から導波路３ｂに導入されたレーザ
光ＬR が位相変調器４によって位相変調されることによ
って得られる参照光の電界Ｅref は、
射されて端部３ｂ1 から導波路３ｂに導入されたレーザ
光ＬR が位相変調器４によって位相変調されることによ
って得られる参照光の電界Ｅref は、
【数１１】 で表わされる。ただし、ω0 はレーザ光の角周波数、ｍ
1 及びｍ2 は位相変調指数、φ1 は初期位相、Ｊp はｐ
次のベッセル関数、Ｊq はｑ次のベッセル関数である。
1 及びｍ2 は位相変調指数、φ1 は初期位相、Ｊp はｐ
次のベッセル関数、Ｊq はｑ次のベッセル関数である。
【００２５】ここで、位相変調指数ｍi (i=1,2) はさら
に、
に、
【数１２】 で表わすことができる。ただし、αは変調効率（０＜α
＜１）、ｎs は基板２のＹ方向屈折率、γは基板２の電
気光学定数、Ｖi は電極４ａ，４ｂに印加する変調信号
の電圧、ｌは電極４ａ，４ｂの長さ、ｄは電極４ａ，４
ｂの間隔である。上記の図１の説明からわかるように、
位相変調指数ｍ 1 に関する電圧Ｖ i 、即ち電圧Ｖ 1 とは可
変利得増幅器２２の出力である正弦波信号の電圧に相当
し、また位相変調指数ｍ 2 に関する電圧Ｖ i 、即ち電圧Ｖ
2 とは可変利得増幅器２４の出力である正弦波信号の電
圧に相当する。
＜１）、ｎs は基板２のＹ方向屈折率、γは基板２の電
気光学定数、Ｖi は電極４ａ，４ｂに印加する変調信号
の電圧、ｌは電極４ａ，４ｂの長さ、ｄは電極４ａ，４
ｂの間隔である。上記の図１の説明からわかるように、
位相変調指数ｍ 1 に関する電圧Ｖ i 、即ち電圧Ｖ 1 とは可
変利得増幅器２２の出力である正弦波信号の電圧に相当
し、また位相変調指数ｍ 2 に関する電圧Ｖ i 、即ち電圧Ｖ
2 とは可変利得増幅器２４の出力である正弦波信号の電
圧に相当する。
【００２６】一方、半導体レーザ５の前面側から出力さ
れた後、速度ｖで運動する被測定対象物体Ｓに照射され
たレーザ光ＬF は、物体Ｓに反射して反射光ＬF'となり
端部３ｃ1 から導波路３ｃに導入される。この反射光の
電界Ｅsig は、
れた後、速度ｖで運動する被測定対象物体Ｓに照射され
たレーザ光ＬF は、物体Ｓに反射して反射光ＬF'となり
端部３ｃ1 から導波路３ｃに導入される。この反射光の
電界Ｅsig は、
【数１３】 として表わされる。ただし、φ2 は初期位相である。
【００２７】この反射光と参照光は分岐部３ａから導波
路３ｄに導かれて合波され、合波された光は導波路３ｄ
の端部３ｄ1 部分に配置された光検出器８に照射される
ことになる。ここで、光検出器８の出力電流ＩDET(t)
は、
路３ｄに導かれて合波され、合波された光は導波路３ｄ
の端部３ｄ1 部分に配置された光検出器８に照射される
ことになる。ここで、光検出器８の出力電流ＩDET(t)
は、
【数１４】 となる。ただし、Ｅ1 ＝Ｅ* 1、Ｅ2 ＝Ｅ* 2、ξ1 は光検
出器８の感度である。なお、２ω0 を含む成分は光検出
器８で検出できないため無視した。
出器８の感度である。なお、２ω0 を含む成分は光検出
器８で検出できないため無視した。
【００２８】この光検出器８の出力電流ＩDET(t)はωm
を中心周波数とするバンドパスフィルタ２６に供給され
て交流分が取り出される。すなわちバンドパスフィルタ
２６の出力は、
を中心周波数とするバンドパスフィルタ２６に供給され
て交流分が取り出される。すなわちバンドパスフィルタ
２６の出力は、
【数１５】 で示される。ただし、ωm ＞＞2k0v(t) とする。
【００２９】また、係数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)及び係数Ｂ-(ｍ1,
ｍ2)はそれぞれ、
ｍ2)はそれぞれ、
【数１６】
【数１７】 のようにベッセル関数の積和で表わされる。
【００３０】このとき、係数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)＝０を満足
し、かつ、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)を最大とするように位相変
調指数ｍ1 及びｍ2 が調整されていることにより、上記
（数１５）から、
し、かつ、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)を最大とするように位相変
調指数ｍ1 及びｍ2 が調整されていることにより、上記
（数１５）から、
【数１８】 を取り出すことができる。
【００３１】係数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)は図２（ａ）（ｂ）のよ
うに示され、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)は図３（ａ）（ｂ）のよ
うに示される。図２（ａ）及び図３（ａ）はｍ1 及びｍ
2 を間隔0.25のメッシュで区切り、振幅を線で結んだも
のである。また図２（ｂ）及び図３（ｂ）はｍ1 及びｍ
2 を間隔0.125 のメッシュで区切り、振幅が正の時は太
い棒で、負のときは細い棒で表わしている。そして、係
数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)＝０を満足し、かつ、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)
を最大とする最適値は図中Ｚで示される。
うに示され、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)は図３（ａ）（ｂ）のよ
うに示される。図２（ａ）及び図３（ａ）はｍ1 及びｍ
2 を間隔0.25のメッシュで区切り、振幅を線で結んだも
のである。また図２（ｂ）及び図３（ｂ）はｍ1 及びｍ
2 を間隔0.125 のメッシュで区切り、振幅が正の時は太
い棒で、負のときは細い棒で表わしている。そして、係
数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)＝０を満足し、かつ、係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)
を最大とする最適値は図中Ｚで示される。
【００３２】この位相変調指数ｍ1 及びｍ2 の最適値を
計算機シュミレーションで求めた結果、ｍ1 ＝1.622 ，
ｍ2 ＝1.228 となった。位相変調指数ｍ1 及びｍ2 がこ
の値とされているとき、Ｂ+(ｍ1,ｍ2)＝０、Ｂ-(ｍ1,ｍ
2)＝0.433 となり、上記（数１５）から上記（数１８）
のみを取り出すことができる。
計算機シュミレーションで求めた結果、ｍ1 ＝1.622 ，
ｍ2 ＝1.228 となった。位相変調指数ｍ1 及びｍ2 がこ
の値とされているとき、Ｂ+(ｍ1,ｍ2)＝０、Ｂ-(ｍ1,ｍ
2)＝0.433 となり、上記（数１５）から上記（数１８）
のみを取り出すことができる。
【００３３】この（数１８）に示されるバンドパスフィ
ルタ２６の出力を復調回路２７に入力することによって
被測定対象物体Ｓの振動周波数ｆD を
ルタ２６の出力を復調回路２７に入力することによって
被測定対象物体Ｓの振動周波数ｆD を
【数１９】 として得られることになる。ただし、λ0 はレーザ光の
波長である。すなわち、λ0 が既知であれば、物体Ｓの
振動周波数ｆD から物体Ｓの速度ｖが求められる。
波長である。すなわち、λ0 が既知であれば、物体Ｓの
振動周波数ｆD から物体Ｓの速度ｖが求められる。
【００３４】以上のように本実施例のレーザドップラ速
度計では、２つの周波数の異なる正弦波信号から位相変
調器４の電極４ａ，４ｂに印加される変調信号を生成
し、位相変調指数ｍ1 ，ｍ2 を最適化することにより、
復調回路２７において復調可能な信号を容易に取り出す
ことができる。つまり、周波数混合回路や移相器は不要
であり、またバンドパスフィルタの数も減少されること
になる。従って信号処理回路系の大幅な簡素化を実現で
きる。さらに、周波数混合回路を用いないことから不要
なノイズが発生しないため、速度の検出感度が向上する
ことになる。
度計では、２つの周波数の異なる正弦波信号から位相変
調器４の電極４ａ，４ｂに印加される変調信号を生成
し、位相変調指数ｍ1 ，ｍ2 を最適化することにより、
復調回路２７において復調可能な信号を容易に取り出す
ことができる。つまり、周波数混合回路や移相器は不要
であり、またバンドパスフィルタの数も減少されること
になる。従って信号処理回路系の大幅な簡素化を実現で
きる。さらに、周波数混合回路を用いないことから不要
なノイズが発生しないため、速度の検出感度が向上する
ことになる。
【００３５】図４は他の実施例を示すものであり、図１
と同一部分は同一符合で示す。このレーザドップラ速度
計３０は基板３１上において光導波路３２は略Ｘ字状に
形成されており、すなわち分岐部３２ａ，３２ｂ及び導
波路３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ，３２ｇが設けら
れている。
と同一部分は同一符合で示す。このレーザドップラ速度
計３０は基板３１上において光導波路３２は略Ｘ字状に
形成されており、すなわち分岐部３２ａ，３２ｂ及び導
波路３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ，３２ｇが設けら
れている。
【００３６】そしてレーザ光源３３から出力されたレー
ザ光はＬM は端部３２ｃ1 から導波路３２ｃに入射さ
れ、導波路３２ｃ，分岐部３２ａ，導波路３２ｄを通っ
て分岐部３２ｂに導かれ、導波路３２ｅと導波路３２ｆ
に分岐される。導波路３２ｅの両側には電極３４ａ，３
４ｂからなる光変調器３４が設けられ、さらに導波路３
２ｅの端部３２ｅ1 にはミラー３５が配置されている。
従って、導波路３２ｅに導入された光はミラー３５に反
射されるとともに光変調器３４によって位相変調され、
参照光として分岐部３２ｂに表われる。
ザ光はＬM は端部３２ｃ1 から導波路３２ｃに入射さ
れ、導波路３２ｃ，分岐部３２ａ，導波路３２ｄを通っ
て分岐部３２ｂに導かれ、導波路３２ｅと導波路３２ｆ
に分岐される。導波路３２ｅの両側には電極３４ａ，３
４ｂからなる光変調器３４が設けられ、さらに導波路３
２ｅの端部３２ｅ1 にはミラー３５が配置されている。
従って、導波路３２ｅに導入された光はミラー３５に反
射されるとともに光変調器３４によって位相変調され、
参照光として分岐部３２ｂに表われる。
【００３７】一方、導波路３２ｆに進んだ光はその端部
３２ｆ1 に取り付けられたマイクロレンズ３６を介して
速度ｖで振動する被測定対象物体Ｓに照射される。そし
てその反射光はマイクロレンズ３６、導波路３２ｆを通
って分岐部３２ｂに導かれ、導波路３２ｄにおいて参照
光と合波されることになる。
３２ｆ1 に取り付けられたマイクロレンズ３６を介して
速度ｖで振動する被測定対象物体Ｓに照射される。そし
てその反射光はマイクロレンズ３６、導波路３２ｆを通
って分岐部３２ｂに導かれ、導波路３２ｄにおいて参照
光と合波されることになる。
【００３８】合波された光は分岐部３２ａから導波路３
２ｇを通って光検出器８に照射されることになる。光検
出器８の出力はバンドパスフィルタ２６を介して復調回
路２７に供給され、上記した図１の実施例と同様に被測
定対象物体Ｓの運動速度ｖが検出される。
２ｇを通って光検出器８に照射されることになる。光検
出器８の出力はバンドパスフィルタ２６を介して復調回
路２７に供給され、上記した図１の実施例と同様に被測
定対象物体Ｓの運動速度ｖが検出される。
【００３９】この実施例においても、光変調器３４の電
極３４ａ，３４ｂに印加される変調信号としては、正弦
波発生回路２１の出力と、正弦波発生回路２１及び１／
２分周回路２３によって得られる出力に、それぞれ可変
利得増幅器２２，２４で所定のゲインが与えられた後、
加算器２５で加算されたものが供給されており、また、
位相変調指数は最適化されている。これにより、上記図
１の実施例と同様な効果を得ることができる。
極３４ａ，３４ｂに印加される変調信号としては、正弦
波発生回路２１の出力と、正弦波発生回路２１及び１／
２分周回路２３によって得られる出力に、それぞれ可変
利得増幅器２２，２４で所定のゲインが与えられた後、
加算器２５で加算されたものが供給されており、また、
位相変調指数は最適化されている。これにより、上記図
１の実施例と同様な効果を得ることができる。
【００４０】なお、本発明のレーザドップラ速度計の構
成は上記各実施例に限られず、さらに多種考えられる。
また、位相変調指数の最適値は上記例示した数値（ｍ1
＝1.622 ，ｍ2 ＝1.228 ）に限定されるものではなく、
具体的な回路設計条件に基づいて設定されるべきもので
あることはいうまでもない。
成は上記各実施例に限られず、さらに多種考えられる。
また、位相変調指数の最適値は上記例示した数値（ｍ1
＝1.622 ，ｍ2 ＝1.228 ）に限定されるものではなく、
具体的な回路設計条件に基づいて設定されるべきもので
あることはいうまでもない。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザド
ップラ速度計は位相変調器の電極に印加する変調信号を
周波数の異なる２つの正弦波信号によって生成するよう
にしたことにより、信号処理回路系を大幅に簡略化する
ことができ、従ってレーザドップラ速度計の小型化の促
進に大きく貢献するという効果がある。さらに、信号処
理の途上で発生する不要信号を原理的には追放すること
ができ、その結果信号対雑音比が向上し、物体の速度検
出の感度を大幅に向上させることができる効果もある。
ップラ速度計は位相変調器の電極に印加する変調信号を
周波数の異なる２つの正弦波信号によって生成するよう
にしたことにより、信号処理回路系を大幅に簡略化する
ことができ、従ってレーザドップラ速度計の小型化の促
進に大きく貢献するという効果がある。さらに、信号処
理の途上で発生する不要信号を原理的には追放すること
ができ、その結果信号対雑音比が向上し、物体の速度検
出の感度を大幅に向上させることができる効果もある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本実施例における係数Ｂ+(ｍ1,ｍ2)の説明図で
ある。
ある。
【図３】本実施例における係数Ｂ-(ｍ1,ｍ2)の説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】従来のレーザドップラ速度計の構成図である。
【図６】ベッセル関数の説明図である。
２，３１ 基板 ３，３２ 光導波路 ４，３４ 光変調器 ５ 半導体レーザ ８ 光検出器 ２０，３０ レーザドップラ速度計 ２１ 正弦波発生回路 ２２，２４ 可変利得増幅器 ２３ １／２分周回路 ２５ 加算器 ２６ バンドパスフィルタ ２７ 復調回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−192833（ＪＰ，Ａ) 特許3049849（ＪＰ，Ｂ２) 特許2829966（ＪＰ，Ｂ２) 特許2779038（ＪＰ，Ｂ２) 特許2689503（ＪＰ，Ｂ２) 特許2995078（ＪＰ，Ｂ２) 特許2745596（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−10687（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 17/58 G01P 3/36 G01P 5/00 G02B 6/12
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光源から射出された光ビームを被
測定対象に照射してその反射光を得るとともに、レーザ
光源から射出された光ビームを位相変調器に入射して参
照光を得、前記反射光及び参照光を含む合成光を光検出
手段によって光検出信号に変換し、前記光検出信号に基
づいて前記被測定対象の速度を測定するようになされた
レーザドップラ速度計において、前記位相変調器の電極
に印加する変調信号を周波数の異なる２つの正弦波信号
によって生成するように構成したことを特徴とするレー
ザドップラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03178941A JP3077266B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザドップラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03178941A JP3077266B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザドップラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052075A JPH052075A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3077266B2 true JP3077266B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=16057325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03178941A Expired - Fee Related JP3077266B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザドップラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077266B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3605881B2 (ja) * | 1995-04-21 | 2004-12-22 | ソニー株式会社 | 速度センサヘッド及び速度計測装置 |
| JP3605894B2 (ja) * | 1995-08-18 | 2004-12-22 | ソニー株式会社 | レーザドップラー速度計 |
| DE19537647C1 (de) * | 1995-10-10 | 1997-04-10 | Jenoptik Jena Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Messung physikalischer Größen von lichtstreuenden bewegten Teilchen mittels eines Laser-Doppler-Anemometers |
| US6885438B2 (en) * | 2002-05-29 | 2005-04-26 | Kent L. Deines | System and method for measuring velocity using frequency modulation of laser output |
| JP4507541B2 (ja) * | 2003-09-19 | 2010-07-21 | 株式会社村田製作所 | 無線標識装置および方位探知方式 |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP03178941A patent/JP3077266B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH052075A (ja) | 1993-01-08 |
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|---|---|---|---|
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