JP3082533B2 - レーザードップラー速度計 - Google Patents
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P3/366—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light by using diffraction of light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S7/4917—Receivers superposing optical signals in a photodetector, e.g. optical heterodyne detection
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動する物体や流体等
の移動物体（以下、被測定物と称す）の速度変化を非接
触に検出するレーザードップラー速度計に関するもので
ある。
の移動物体（以下、被測定物と称す）の速度変化を非接
触に検出するレーザードップラー速度計に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】この種のレーザードップラー速度計と
は、被測定物にレーザー光を照射し、被測定物からの散
乱光の周波数が、被測定物の移動速度に比例して偏移
（シフト）する効果（ドップラー効果）を利用して前記
被測定物の移動速度を検出するものである。
は、被測定物にレーザー光を照射し、被測定物からの散
乱光の周波数が、被測定物の移動速度に比例して偏移
（シフト）する効果（ドップラー効果）を利用して前記
被測定物の移動速度を検出するものである。
【０００３】図６は、従来のレーザードップラー速度計
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【０００４】同図において、レーザー１から出射された
レーザー光は、コリメーターレンズ２を通過して平行光
束３となり、ビームスプリッター４によって二光束５ａ
および２ｂに分割されてミラー６ａおよび６ｂで反射さ
れた後、速度Ｖで移動している被測定物７に入射角θで
二光束照射される。
レーザー光は、コリメーターレンズ２を通過して平行光
束３となり、ビームスプリッター４によって二光束５ａ
および２ｂに分割されてミラー６ａおよび６ｂで反射さ
れた後、速度Ｖで移動している被測定物７に入射角θで
二光束照射される。
【０００５】この二光束照射による被測定物７からの散
乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出され
る。このとき、二光束による散乱光の周波数は、移動速
度Ｖに比例して各々＋Δｆ、−Δｆのドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば、Δ
ｆは次の（１）式で与えられる。
乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出され
る。このとき、二光束による散乱光の周波数は、移動速
度Ｖに比例して各々＋Δｆ、−Δｆのドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば、Δ
ｆは次の（１）式で与えられる。
【０００６】 Δｆ＝Ｖｓｉｎθ／λ …（１） ＋Δｆ、−Δｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、
互いに干渉し合って光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆ（以下、ドップラー周波数と
呼ぶ）は次の（２）式で与えられる。
互いに干渉し合って光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆ（以下、ドップラー周波数と
呼ぶ）は次の（２）式で与えられる。
【０００７】 Ｆ＝２Δｆ＝２Ｖｓｉｎθ／λ …（２） 従って、光検出器９の出力信号のドップラー周波数Ｆを
測定すれば、（２）式に基づいて被測定物７の移動速度
Ｖを求めることができる。
測定すれば、（２）式に基づいて被測定物７の移動速度
Ｖを求めることができる。
【０００８】上記のようなレーザードップラー速度計で
は、（２）式から明らかなようにドップラー周波数Ｆは
レーザーの波長λに反比例でいるので、連続発振が可能
で、波長が安定したレーザー光源を使用する必要があっ
た。このようなレーザー光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガ
スレーザーが良く使用されるが、レーザー発振器が大き
くまた電源に高圧が必要で、装置が大きく高価になる。
また、コンパクトディスク、ビデオディスク、光ファイ
バー通信等に使用されているレーザーダイオード（半導
体レーザー）は超小型で駆動も容易であるが、温度依存
性を有するという問題点があった。
は、（２）式から明らかなようにドップラー周波数Ｆは
レーザーの波長λに反比例でいるので、連続発振が可能
で、波長が安定したレーザー光源を使用する必要があっ
た。このようなレーザー光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガ
スレーザーが良く使用されるが、レーザー発振器が大き
くまた電源に高圧が必要で、装置が大きく高価になる。
また、コンパクトディスク、ビデオディスク、光ファイ
バー通信等に使用されているレーザーダイオード（半導
体レーザー）は超小型で駆動も容易であるが、温度依存
性を有するという問題点があった。
【０００９】図７は例えば８７三菱半導体データブッ
ク；光半導体素子編から引用したレーザーダイオードの
標準的な温度依存性の一例を示す図であり、波長が連続
的に変化している部分は、主としてレーザーダイオード
の活性層の屈折率の温度変化によるもので、０．０５〜
０．０６ｎｍ／℃である。一方、波長が不連続に変化し
ている部分は縦モードホッピングと呼ばれ０．２〜０．
３ｎｍ／℃である。
ク；光半導体素子編から引用したレーザーダイオードの
標準的な温度依存性の一例を示す図であり、波長が連続
的に変化している部分は、主としてレーザーダイオード
の活性層の屈折率の温度変化によるもので、０．０５〜
０．０６ｎｍ／℃である。一方、波長が不連続に変化し
ている部分は縦モードホッピングと呼ばれ０．２〜０．
３ｎｍ／℃である。
【００１０】波長を安定させるためにレーザーダイオー
ドを一定温度に制御する方法が採られる。この方法では
ヒーター、放熱器、温度センサー等の温度制御部材をレ
ーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け、精密に温度
制御を行う必要があり、レーザードップラー速度計が比
較的大型で、またコスト高になるとともに、前述の縦モ
ードホッピングによる不安定を完全には除去できない。
ドを一定温度に制御する方法が採られる。この方法では
ヒーター、放熱器、温度センサー等の温度制御部材をレ
ーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け、精密に温度
制御を行う必要があり、レーザードップラー速度計が比
較的大型で、またコスト高になるとともに、前述の縦モ
ードホッピングによる不安定を完全には除去できない。
【００１１】上述の問題を解決するレーザードップラー
速度計として、レーザー光源からのレーザー光を回折格
子に入射し、得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ
次、−ｎ次（ｎは１，２，…）の二つの回折光を、この
二光束の成す角度と同じ交差角で被測定物７に照射し、
この被測定物７からの散乱光をフォトディテクターで検
出する方式が特願平１−８３２０８号公報に提案されて
いる。
速度計として、レーザー光源からのレーザー光を回折格
子に入射し、得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ
次、−ｎ次（ｎは１，２，…）の二つの回折光を、この
二光束の成す角度と同じ交差角で被測定物７に照射し、
この被測定物７からの散乱光をフォトディテクターで検
出する方式が特願平１−８３２０８号公報に提案されて
いる。
【００１２】図８は格子ピッチｄなる透過型の回折格子
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
た時の回折例を示し、回折角θ0 は次の（３）式で与え
られる。
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
た時の回折例を示し、回折角θ0 は次の（３）式で与え
られる。
【００１３】 ｓｉｎθ0 ＝ｍλ／ｄ …（３） ｍは回折次数（０，１，２，…）、λは光の波長このう
ち０次以外の±ｎ次光は次の（４）式で与えられる。
ち０次以外の±ｎ次光は次の（４）式で与えられる。
【００１４】 ｓｉｎθ0 ±ｎλ／ｄ …（４） ｎは１，２…図９はこの±ｎ次光をミラー６ａ，６ｂに
よって被測定物７い入射角がθ0 になるように２光束照
射した図である。そして、被測定物７からの散乱光は集
光レンズ８を介して光検出器９に入射する。この光検出
器９の出力信号のドップラー周波数Ｆは前述の（２）お
よび（４）からの次の（５）式で与えられる。
よって被測定物７い入射角がθ0 になるように２光束照
射した図である。そして、被測定物７からの散乱光は集
光レンズ８を介して光検出器９に入射する。この光検出
器９の出力信号のドップラー周波数Ｆは前述の（２）お
よび（４）からの次の（５）式で与えられる。
【００１５】 Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ …（５） この（５）式から明らかなように、ドップラー周波数Ｆ
は、レーザー光Ｉの波長λに依存せず、回折格子１０の
格子ピッチｄに反比例し、この格子ピッチｄは充分安定
にしうるので、被測定物７の速度のみに比例する。この
場合、回折格子１０は反射型の回折格子にしても同様で
ある。
は、レーザー光Ｉの波長λに依存せず、回折格子１０の
格子ピッチｄに反比例し、この格子ピッチｄは充分安定
にしうるので、被測定物７の速度のみに比例する。この
場合、回折格子１０は反射型の回折格子にしても同様で
ある。
【００１６】図１０は、平成２年特許願第１３０，５９
０号の特許出願による光学系の要部概略図である。同図
において、１はレーザーダイオード、２はレーザーダイ
オード１から出射されたレーザー光を平行光束３とする
コリメーターレンズ、７は被測定物、１０は平行光束３
を入射する回折格子、１１，１２は焦点距離がｆの凸レ
ンズであり、回折格子１０から凸レンズ１１までの距離
ａと凸レンズ１２から被測定物７までの距離ｂの和が焦
点距離ｆの２倍、つまりａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足する
ように配置され、レーザードップラー速度計１０１を構
成している。
０号の特許出願による光学系の要部概略図である。同図
において、１はレーザーダイオード、２はレーザーダイ
オード１から出射されたレーザー光を平行光束３とする
コリメーターレンズ、７は被測定物、１０は平行光束３
を入射する回折格子、１１，１２は焦点距離がｆの凸レ
ンズであり、回折格子１０から凸レンズ１１までの距離
ａと凸レンズ１２から被測定物７までの距離ｂの和が焦
点距離ｆの２倍、つまりａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足する
ように配置され、レーザードップラー速度計１０１を構
成している。
【００１７】波長λが約０．６８μｍのレーザーダイオ
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２を通過
することによって直径２ｍｍφの平行光束３となり、格
子ピッチ３．２μｍの透過型回折格子１０の格子配列方
向に垂直に入射し、±１次の回折光５ａ，５ｂを回折角
θ＝１２°で出射する。この光束５ａ，５ｂを焦点距離
ｆ（＝１５ｍｍ）の凸レンズ１１に入射すると、図の様
な光束１３ａ，１３ｂが得られる。
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２を通過
することによって直径２ｍｍφの平行光束３となり、格
子ピッチ３．２μｍの透過型回折格子１０の格子配列方
向に垂直に入射し、±１次の回折光５ａ，５ｂを回折角
θ＝１２°で出射する。この光束５ａ，５ｂを焦点距離
ｆ（＝１５ｍｍ）の凸レンズ１１に入射すると、図の様
な光束１３ａ，１３ｂが得られる。
【００１８】この光束１３ａ，１３ｂは２ｆ（＝３０ｍ
ｍ）離れたもう１つの凸レンズ１２に入射すると、再び
平行光１４ａ，１４ｂとなり、前述の回折格子１０から
の回折角θと等しい角度で２ｍｍφのスポット径となっ
て速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）で矢示７ａに移動する被測定
物７に照射する。
ｍ）離れたもう１つの凸レンズ１２に入射すると、再び
平行光１４ａ，１４ｂとなり、前述の回折格子１０から
の回折角θと等しい角度で２ｍｍφのスポット径となっ
て速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）で矢示７ａに移動する被測定
物７に照射する。
【００１９】この被測定物７からの散乱光は凸レンズ１
２および集光レンズ８を介して効率よく光検出器９の受
光部９ａに集光し、この光検出器９からの受光信号を受
けた演算検出器１４で次の（６）式により、ドップラー
周波数Ｆを検出する。
２および集光レンズ８を介して効率よく光検出器９の受
光部９ａに集光し、この光検出器９からの受光信号を受
けた演算検出器１４で次の（６）式により、ドップラー
周波数Ｆを検出する。
【００２０】 Ｆ＝２Ｖ／ｄ …（６） ここで、ａ＝１０ｍｍ，ｂ＝２０ｍｍとしておくことに
より、ｂは比較的長くなり、ワーキングディスタンスを
大きくすることができ、レーザードップラー速度計設置
の自由度が大きくなる。
より、ｂは比較的長くなり、ワーキングディスタンスを
大きくすることができ、レーザードップラー速度計設置
の自由度が大きくなる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザードップラー速度計は小形化を図ると、ワー
キングディスタンスに限度があり、使用用途によっては
ワーキングディスタンスが足りない場合が生じるという
問題点があった。
来のレーザードップラー速度計は小形化を図ると、ワー
キングディスタンスに限度があり、使用用途によっては
ワーキングディスタンスが足りない場合が生じるという
問題点があった。
【００２２】また、一般にレーザー等の可干渉性の高い
光を被測定物に照射すると、被測定物表面の微細な凹凸
による散乱光は、ランダムな位相変調を受けて観察面上
に斑点模様、いわゆるスペックルパターンを形成する。
レーザードップラー速度計においては、被測定物が移動
すると、光検出器の検出面上でのドップラーシフトによ
る明暗の変化が、スペックルパターンの流れによる不規
則な明暗の変化で変調され、また、光検出器の出力信号
は被測定物の透過率（あるいは反射率）の変化によって
も変調を受ける。
光を被測定物に照射すると、被測定物表面の微細な凹凸
による散乱光は、ランダムな位相変調を受けて観察面上
に斑点模様、いわゆるスペックルパターンを形成する。
レーザードップラー速度計においては、被測定物が移動
すると、光検出器の検出面上でのドップラーシフトによ
る明暗の変化が、スペックルパターンの流れによる不規
則な明暗の変化で変調され、また、光検出器の出力信号
は被測定物の透過率（あるいは反射率）の変化によって
も変調を受ける。
【００２３】この結果、レーザードップラー速度計で
は、一般にスペックルパターンの流れによる明暗の変化
の周波数および被測定物の透過率（あるいは反射率）の
変化の周波数は、前述（５）式で示されるドップラー周
波数に比べて低周波であるため、光検出器の出力をハイ
パスフィルターに通して、低周波成分を電気的に除去
し、ドップラー信号のみを取り出す方法が用いられてい
る。しかし、被測定物の速度が遅くてドップラー周波数
が低いと、低周波変動成分との周波数差が小さくなり、
ハイパスフィルターが使えず、被測定物の速度が測定で
きないという問題点があった。
は、一般にスペックルパターンの流れによる明暗の変化
の周波数および被測定物の透過率（あるいは反射率）の
変化の周波数は、前述（５）式で示されるドップラー周
波数に比べて低周波であるため、光検出器の出力をハイ
パスフィルターに通して、低周波成分を電気的に除去
し、ドップラー信号のみを取り出す方法が用いられてい
る。しかし、被測定物の速度が遅くてドップラー周波数
が低いと、低周波変動成分との周波数差が小さくなり、
ハイパスフィルターが使えず、被測定物の速度が測定で
きないという問題点があった。
【００２４】また、同一のレーザードップラー速度計で
低速度から高速度まで対応させようとすると、対応すべ
きドップラー周波数の幅が大きくなり、電気回路の規模
が大きくなるといった問題点もあった。
低速度から高速度まで対応させようとすると、対応すべ
きドップラー周波数の幅が大きくなり、電気回路の規模
が大きくなるといった問題点もあった。
【００２５】本発明は上記の問題点を解消したレーザー
ドップラー速度計を得ることを目的とする。
ドップラー速度計を得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】請求項１乃至３の発明に
よれば、レーザー光を所定の入射角θで移動物体に入射
させ、該移動物体からの散乱光の周波数偏移に基づい
て、前記移動物体の移動速度の変化を検出するレーザー
ドップラー速度計において、前記レーザー光の出射部に
着脱することでワーキングディスタンスを変化させるワ
ーキングディスタンス可変部材を設けたことにより、用
途に応じてワーキングディスタンスを変えることがで
き、より汎用性の高いレーザードップラー速度計を得る
ことができる。
よれば、レーザー光を所定の入射角θで移動物体に入射
させ、該移動物体からの散乱光の周波数偏移に基づい
て、前記移動物体の移動速度の変化を検出するレーザー
ドップラー速度計において、前記レーザー光の出射部に
着脱することでワーキングディスタンスを変化させるワ
ーキングディスタンス可変部材を設けたことにより、用
途に応じてワーキングディスタンスを変えることがで
き、より汎用性の高いレーザードップラー速度計を得る
ことができる。
【００２７】請求項４乃至６の発明によれば、レーザー
光を所定の入射角θで移動物体に入射させて所定間隔の
干渉縞を形成し、前記移動物体からの散乱光の周波数偏
移に基づいて前記移動物体の移動速度の変化を検出する
レーザードップラー速度計において、レーザー光の出射
面に取付ける干渉縞間隔可変部材を備えたことにより、
速度に対応するドップラー周波数の比率を選択すること
ができ、広範囲の速度測定が可能になり、汎用性がより
向上する。
光を所定の入射角θで移動物体に入射させて所定間隔の
干渉縞を形成し、前記移動物体からの散乱光の周波数偏
移に基づいて前記移動物体の移動速度の変化を検出する
レーザードップラー速度計において、レーザー光の出射
面に取付ける干渉縞間隔可変部材を備えたことにより、
速度に対応するドップラー周波数の比率を選択すること
ができ、広範囲の速度測定が可能になり、汎用性がより
向上する。
【００２８】請求項７乃至９の発明によれば、波長λの
レーザー光を所定の入射角θ１で移動物体に入射させて
所定間隔の干渉縞を形成し、前記移動物体からの散乱光
の周波数Ｆ１の偏移に基づいて、前記移動物体の速度Ｖ
の変化を Ｆ１＝２Ｖｓｉｎθ１／λ の関係より検出するレーザードップラー速度計におい
て、前記レーザー光の出射面に取付け可能になっている
入射角可変部材が入射角θ１を入射角θ２にし、前記移
動物体からの散乱光の周波数Ｆ１の偏移に基づいて、前
記移動物体の速度Ｖの変化を Ｆ２＝２Ｖｓｉｎθ２／λ の関係に変換することにより、前記請求項４乃至６の発
明と同様の効果が得られる。
レーザー光を所定の入射角θ１で移動物体に入射させて
所定間隔の干渉縞を形成し、前記移動物体からの散乱光
の周波数Ｆ１の偏移に基づいて、前記移動物体の速度Ｖ
の変化を Ｆ１＝２Ｖｓｉｎθ１／λ の関係より検出するレーザードップラー速度計におい
て、前記レーザー光の出射面に取付け可能になっている
入射角可変部材が入射角θ１を入射角θ２にし、前記移
動物体からの散乱光の周波数Ｆ１の偏移に基づいて、前
記移動物体の速度Ｖの変化を Ｆ２＝２Ｖｓｉｎθ２／λ の関係に変換することにより、前記請求項４乃至６の発
明と同様の効果が得られる。
【００２９】
【実施例】（請求項１，２） 図１は本発明の実施例１を示す光学系の要部概略図であ
り、前記図１２に示す従来例と同一部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。図１において、５０はワー
キングディスタンス可変部材である。このワーキングデ
ィスタンス可変部材５０は両端面を斜面に形成した一対
の反射プリズム２１ａ，２１ｂを光軸と直交して直線状
に配置した構成であり、レーザードップラー速度計１０
１の光出射面に例えばビスにより着脱可能に取付けられ
る。
り、前記図１２に示す従来例と同一部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。図１において、５０はワー
キングディスタンス可変部材である。このワーキングデ
ィスタンス可変部材５０は両端面を斜面に形成した一対
の反射プリズム２１ａ，２１ｂを光軸と直交して直線状
に配置した構成であり、レーザードップラー速度計１０
１の光出射面に例えばビスにより着脱可能に取付けられ
る。
【００３０】上記構成の実施例１によれば、レーザード
ップラー速度計１０１から出射された光束１４ａ，１４
ｂは、反射プリズム２１ａ，２１ｂの第１の斜面２１ａ
−１，２１ｂ−１および第２の斜面２１ａ−２，２１ｂ
−２で交差角２θを維持したまま折返され、光束１５
ａ，１５ｂとなって被測定物７に入射角θで照射され
る。この場合、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ）を約
７０ｍｍとしている。そして、被測定物７からの散乱光
は凹レンズ２２、凸レンズ１２および集光レンズ８によ
り効率よく光検出器９の受光部９ａへと集光させる。
ップラー速度計１０１から出射された光束１４ａ，１４
ｂは、反射プリズム２１ａ，２１ｂの第１の斜面２１ａ
−１，２１ｂ−１および第２の斜面２１ａ−２，２１ｂ
−２で交差角２θを維持したまま折返され、光束１５
ａ，１５ｂとなって被測定物７に入射角θで照射され
る。この場合、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ）を約
７０ｍｍとしている。そして、被測定物７からの散乱光
は凹レンズ２２、凸レンズ１２および集光レンズ８によ
り効率よく光検出器９の受光部９ａへと集光させる。
【００３１】本実施例１は、被測定物７への入射角θが
回折角と等しいので、前記（６）式と同一ドップラー信
号が検出される。そして、本実施例１ではワーキングデ
ィスタンスが約７０ｍｍのワーキングディスタンス可変
部材５０を用いているが、このワーキングディスタンス
の異なるワーキングディスタンス可変部材５０と交換す
ることにより、任意にワーキングディスタンスを変える
ことができ、汎用性が向上する。
回折角と等しいので、前記（６）式と同一ドップラー信
号が検出される。そして、本実施例１ではワーキングデ
ィスタンスが約７０ｍｍのワーキングディスタンス可変
部材５０を用いているが、このワーキングディスタンス
の異なるワーキングディスタンス可変部材５０と交換す
ることにより、任意にワーキングディスタンスを変える
ことができ、汎用性が向上する。
【００３２】実施例２．（請求項３） 図２は本発明の実施例２を示す光学系の要部概略図であ
り、前記図１に示す実施例１と同一部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。図２において、５１はワー
キングディスタンス可変部材である。このワーキングデ
ィスタンス可変部材５１は同一焦点距離ｆ’のレンズ２
３、２４を２ｆ’の間隔で配置した構成であって、アフ
ォーカル光学系になっている。そして、レンズ１２とレ
ンズ２３との間の距離ａ’、レンズ２４と被測定物７と
の間の距離ｂ’とすると、次の（７）式の関係が成り立
つ。
り、前記図１に示す実施例１と同一部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。図２において、５１はワー
キングディスタンス可変部材である。このワーキングデ
ィスタンス可変部材５１は同一焦点距離ｆ’のレンズ２
３、２４を２ｆ’の間隔で配置した構成であって、アフ
ォーカル光学系になっている。そして、レンズ１２とレ
ンズ２３との間の距離ａ’、レンズ２４と被測定物７と
の間の距離ｂ’とすると、次の（７）式の関係が成り立
つ。
【００３３】 ａ＋ａ’＋ｂ’＝２（ｆ＋ｆ’） …（７） 上記の構成により、レーザードップラー速度計１０１か
ら出射された光束１４ａ，１４ｂはワーキングディスタ
ンス可変部材５１のレンズ２３，２４を透過し、光束１
６ａ，１６ｂとなって被測定物７に入射角θで照射され
る。
ら出射された光束１４ａ，１４ｂはワーキングディスタ
ンス可変部材５１のレンズ２３，２４を透過し、光束１
６ａ，１６ｂとなって被測定物７に入射角θで照射され
る。
【００３４】ここで、ａ＝１０ｍｍ，ａ’＝６ｍｍ、ｆ
＝１５ｍｍ，ｆ’＝１３ｍｍと設定すると、ｂ＝４０ｍ
ｍとなり、また、集光光学系もそのまま結像関係が成立
するため、容易にワーキングディスタンスを変えること
ができる。
＝１５ｍｍ，ｆ’＝１３ｍｍと設定すると、ｂ＝４０ｍ
ｍとなり、また、集光光学系もそのまま結像関係が成立
するため、容易にワーキングディスタンスを変えること
ができる。
【００３５】本実施例２においても、被測定物７への入
射角θが回折角と等しいので、前記（６）式と同一のド
ップラー信号が検出される。また、ワーキングディスタ
ンス可変部材５１は前記実施例１と同様、レンズマウン
トとしてレーザードップラー速度計１０１の光出射面に
マウント装着可能になっている。
射角θが回折角と等しいので、前記（６）式と同一のド
ップラー信号が検出される。また、ワーキングディスタ
ンス可変部材５１は前記実施例１と同様、レンズマウン
トとしてレーザードップラー速度計１０１の光出射面に
マウント装着可能になっている。
【００３６】本実施例２では、アフォーカル系レンズ群
として、焦点距離が等しい２枚のレンズ２３，２４を使
用したが、焦点距離が異なる２枚のレンズを用いても平
行光束１４ａ，１４ｂは平行光束のまま被測定物７へ入
射され、ワーキングディスタンスを変えることができ
る。しかし、この場合は、被測定物７への入射角θが回
折角と等しくなくなるので、（６）式とは同一でないド
ップラー信号が検出されることになる。
として、焦点距離が等しい２枚のレンズ２３，２４を使
用したが、焦点距離が異なる２枚のレンズを用いても平
行光束１４ａ，１４ｂは平行光束のまま被測定物７へ入
射され、ワーキングディスタンスを変えることができ
る。しかし、この場合は、被測定物７への入射角θが回
折角と等しくなくなるので、（６）式とは同一でないド
ップラー信号が検出されることになる。
【００３７】実施例３．（請求項４乃至６） 図３は本発明の実施例３を示す光学系の要部概要図であ
り、前記図１，図２の実施例１，２と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。図３において、５２
は干渉縞間隔可変部材（入射角可変部材）である。
り、前記図１，図２の実施例１，２と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。図３において、５２
は干渉縞間隔可変部材（入射角可変部材）である。
【００３８】この干渉縞間隔可変部材５２は焦点距離ｆ
１のレンズ２９と焦点距離ｆ２のレンズ３０を、レンズ
間隔ｆ１＋ｆ２で配置した構成であって、アフォーカス
光学系になっている。
１のレンズ２９と焦点距離ｆ２のレンズ３０を、レンズ
間隔ｆ１＋ｆ２で配置した構成であって、アフォーカス
光学系になっている。
【００３９】波長λの平行レーザー光束１４ａ，１４ｂ
は入射角θ１で交差し、以下の関係で干渉縞Ｐ１は次の
（８）式で与えられる。
は入射角θ１で交差し、以下の関係で干渉縞Ｐ１は次の
（８）式で与えられる。
【００４０】 Ｐ１＝λ／２ｓｉｎθ１＝１．６μｍ …（８） 光束１４ａ，１４ｂはレンズ２９を透過すると、焦点位
置ｆ１で収束し、レンズ３０を透過すると再び平行光束
になり、入射角θ２で再交差する。この時、像高Ｈ１は
次の（９）式で与えられる。
置ｆ１で収束し、レンズ３０を透過すると再び平行光束
になり、入射角θ２で再交差する。この時、像高Ｈ１は
次の（９）式で与えられる。
【００４１】 Ｈ１＝ｆ１×ｔａｎθ１＝ｆ２×ｔａｎθ２ …（９） 変換後の干渉縞Ｐ２は次の（１０）式で与えられる。
【００４２】 Ｐ２＝λ／２ｓｉｎθ２ …（１０） そこで、変換後の干渉縞Ｐ２の間隔をＰ１／２＝０．８
μｍとした場合は、上記の（９），（１０）式より、 ｆ１／ｆ２＝２．１５９ …（１１） となるようなレンズ２９、３０を設定すればよい。
μｍとした場合は、上記の（９），（１０）式より、 ｆ１／ｆ２＝２．１５９ …（１１） となるようなレンズ２９、３０を設定すればよい。
【００４３】このときのドップラー周波数Ｆは、前記の
（６）式から、 Ｆ＝Ｖ／０．８（ｋＨｚ） …（１２） へと変換される。
（６）式から、 Ｆ＝Ｖ／０．８（ｋＨｚ） …（１２） へと変換される。
【００４４】また、変換後の干渉縞Ｐ２の間隔を２×Ｐ
１＝３．２μｍとした場合は、上記の（９），（１０）
式より、 ｆ２／ｆ１＝２．１５９ …（１３） となるようなレンズ２９、３０を設定すればよい。
１＝３．２μｍとした場合は、上記の（９），（１０）
式より、 ｆ２／ｆ１＝２．１５９ …（１３） となるようなレンズ２９、３０を設定すればよい。
【００４５】このときのドップラー周波数Ｆは、前記
（６）式から、 Ｆ＝Ｖ／３．２（ｋＨｚ） …（１４） へと変換される。
（６）式から、 Ｆ＝Ｖ／３．２（ｋＨｚ） …（１４） へと変換される。
【００４６】図４はＰ２＝３．２μｍとする干渉縞間隔
可変部材（入射角可変部材）５３の光学系を示すもの
で、この干渉縞間隔可変部材５３の焦点距離ｆ１の両凹
レンズ３１と焦点距離ｆ２の両凸レンズ３２とによる構
成であって、アフォーカル光学系となっている。
可変部材（入射角可変部材）５３の光学系を示すもの
で、この干渉縞間隔可変部材５３の焦点距離ｆ１の両凹
レンズ３１と焦点距離ｆ２の両凸レンズ３２とによる構
成であって、アフォーカル光学系となっている。
【００４７】実施例４．（請求項７乃至９） 図５は図４に示す干渉縞間隔可変部材５３をレーザード
ップラー速度計１０１に装着した本発明の実施例４を示
す光学系の要部概要図であり、本実施例４の場合、レン
ズ間隔が短くなるため、小型化に有利である。
ップラー速度計１０１に装着した本発明の実施例４を示
す光学系の要部概要図であり、本実施例４の場合、レン
ズ間隔が短くなるため、小型化に有利である。
【００４８】上記干渉縞間隔可変部材（入射角可変部
材）５３はレンズマウントとして、レーザードップラー
速度計１０１の光出射面にマウント装着可能になってお
り、逆向きに取付けできるようにしておけば、１つの干
渉縞間隔可変部材（入射角可変部材）５３で干渉縞間隔
を大きくすることも、小さくすることもできる。
材）５３はレンズマウントとして、レーザードップラー
速度計１０１の光出射面にマウント装着可能になってお
り、逆向きに取付けできるようにしておけば、１つの干
渉縞間隔可変部材（入射角可変部材）５３で干渉縞間隔
を大きくすることも、小さくすることもできる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至３の
発明によれば、ワーキングディスタンス可変部材を取付
け可能に構成したので、用途に応じてワーキングディス
タンスを変えることができ、より汎用性の高いレーザー
ドップラー速度計を得ることができる。
発明によれば、ワーキングディスタンス可変部材を取付
け可能に構成したので、用途に応じてワーキングディス
タンスを変えることができ、より汎用性の高いレーザー
ドップラー速度計を得ることができる。
【００５０】請求項４乃至６の発明によれば、レーザー
光の出射面に取付ける干渉縞間隔可変部材を備えたの
で、速度に対応するドップラー周波数の比率を選択する
ことができ、広範囲の速度測定が可能になり、より汎用
性の高い測定器となるなどの効果がある。
光の出射面に取付ける干渉縞間隔可変部材を備えたの
で、速度に対応するドップラー周波数の比率を選択する
ことができ、広範囲の速度測定が可能になり、より汎用
性の高い測定器となるなどの効果がある。
【００５１】請求項７乃至９の発明によれば、レーザ光
の出射面に取付け可能になっている入射角可変部材が入
射角θ１を入射角θ２にし、被測定物からの散乱光の周
波数Ｆ１の偏移に基づいて、前記被測定物の速度Ｖの変
化を、Ｆ２＝２Ｖｓｉｎθ２／λの関係に変換するよう
に構成したので、前記請求項４乃至６の発明と同様の効
果が得られる。
の出射面に取付け可能になっている入射角可変部材が入
射角θ１を入射角θ２にし、被測定物からの散乱光の周
波数Ｆ１の偏移に基づいて、前記被測定物の速度Ｖの変
化を、Ｆ２＝２Ｖｓｉｎθ２／λの関係に変換するよう
に構成したので、前記請求項４乃至６の発明と同様の効
果が得られる。
【図１】 本発明の実施例を示す光学系の要部概略図。
【図２】 本発明の実施例２を示す光学系の要部概要
図。
図。
【図３】 本発明の実施例３を示す光学系の要部概要
図。
図。
【図４】 干渉縞間隔可変部材の光学系図。
【図５】 本発明の実施例４を示す光学系の要部概要
図。
図。
【図６】 従来のレーザードップラー速度計を示す説明
図。
図。
【図７】 レーザーダイオードの温度依存性を示す図。
【図８】 レーザー光を格子の配列方向に垂直に入射し
た時の回折例図。
た時の回折例図。
【図９】 入射角がθ0 になるように２光束照射した
図。
図。
【図１０】 従来のレーザードップラー速度計の光学系
を示す要部概要図。
を示す要部概要図。
７ 被測定物（移動物体） ８ 集光レンズ １２ 凸レンズ ２１ａ，２１ｂ プリズム ２２ 凸レンズ ５０，５１ ワーキングディスタンス可変部材 ５２，５３ 干渉縞間隔可変部材（入射角可変部材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足羽 純 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 上田 伸治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 石田 泰彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−66226（ＪＰ，Ａ) 特許2924301（ＪＰ，Ｂ２) 特許2990891（ＪＰ，Ｂ２) 特許2911516（ＪＰ，Ｂ２) 特許2911523（ＪＰ，Ｂ２) 特許2998172（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−72926（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 17/00 - 17/95 G01P 3/36 G01P 5/00
Claims (9)
- 【請求項１】 レーザー光を所定の入射角θで移動物体
に入射させ、該移動物体からの散乱光の周波数偏移に基
づいて、前記移動物体の移動速度の変化を検出するレー
ザードップラー速度計において、前記レーザー光の出射
部に着脱することでワーキングディスタンスを変化させ
るワーキングディスタンス可変部材を設けたことを特徴
とするレーザードップラー速度計。 - 【請求項２】 前記ワーキングディスタンス可変部材
は、プリズムまたはミラーと集光レンズとで構成したこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザードップラー速度
計。 - 【請求項３】 前記ワーキングディスタンス可変部材
は、アフォーカル系レンズ群により構成したことを特徴
とする請求項１記載のレーザードップラー速度計。 - 【請求項４】 レーザー光を所定の入射角θで移動物体
に入射させて所定間隔の干渉縞を形成し、前記移動物体
からの散乱光の周波数偏移に基づいて前記移動物体の移
動速度の変化を検出するレーザードップラー速度計にお
いて、前記レーザー光の出射面に取付ける干渉縞間隔可
変部材を備えたことを特徴とするレーザードップラー速
度計。 - 【請求項５】前記干渉縞間隔可変部材は、焦点距離の異
なるアフォーカル系レンズ群により構成したことを特徴
とする請求項４記載のレーザードップラー速度計。 - 【請求項６】 前記干渉縞間隔可変部材は正逆反転して
取付け可能になっていることを特徴とする請求項４のレ
ーザードップラー速度計。 - 【請求項７】 波長λのレーザー光を所定の入射角θ１
で移動物体に入射させて所定間隔の干渉縞を形成し、前
記移動物体からの散乱光の周波数Ｆ１の偏移に基づい
て、前記移動物体の速度Ｖの変化を Ｆ１＝２Ｖｓｉｎθ１／λ の関係より検出するレーザードップラー速度計におい
て、 前記レーザー光の出射面に取付け可能になっている入射
角可変部材が入射角θ１を入射角θ２にし、前記移動物
体からの散乱光の周波数Ｆ１の偏移に基づいて、前記移
動物体の速度Ｖの変化を Ｆ２＝２Ｖｓｉｎθ２／λ の関係に変換することを特徴とするレーザードップラー
速度計。 - 【請求項８】 前記入射角可変部材は焦点距離の異なる
アフォーカル系レンズ群により構成されていることを特
徴する請求項７記載のレーザードップラー速度計。 - 【請求項９】 前記干渉縞間隔可変部材は正逆反転して
取付け可能になっていることを特徴とする請求項７記載
のレーザードップラー速度計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05229430A JP3082533B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | レーザードップラー速度計 |
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|---|---|
| JPH0755940A JPH0755940A (ja) | 1995-03-03 |
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Family
ID=16892109
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP05229430A Expired - Fee Related JP3082533B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | レーザードップラー速度計 |
Country Status (2)
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| JP2877119B2 (ja) * | 1996-12-26 | 1999-03-31 | 日本電気株式会社 | 移動体の速度測定装置 |
| DE19829659C1 (de) * | 1998-07-02 | 1999-10-14 | Leica Geosystems Ag | Laser-Entfernungsmesser |
| US6654102B1 (en) | 1998-09-28 | 2003-11-25 | California Institute Of Technology | Miniature optical sensor |
| JP2002066780A (ja) | 2000-08-30 | 2002-03-05 | Canon Inc | レーザ加工装置 |
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| US7126586B2 (en) * | 2004-09-17 | 2006-10-24 | Microsoft Corporation | Data input devices and methods for detecting movement of a tracking surface by detecting laser doppler self-mixing effects of a frequency modulated laser light beam |
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| WO2008143989A2 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Allview Research Llc | Motion measurement and synchronication using a scanning interferometer with gratings |
| US7450222B1 (en) | 2007-07-02 | 2008-11-11 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Correlated-intensity velocimeter for arbitrary reflector |
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| JP6734886B2 (ja) * | 2018-04-17 | 2020-08-05 | 株式会社小野測器 | アダプタ、及び、レーザドップラ速度計システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2911523B2 (ja) | 1990-02-16 | 1999-06-23 | キヤノン株式会社 | レーザードップラー速度計 |
| JP2924301B2 (ja) | 1990-05-21 | 1999-07-26 | キヤノン株式会社 | 速度計 |
| JP2990891B2 (ja) | 1990-09-21 | 1999-12-13 | キヤノン株式会社 | 変位情報検出装置及び速度計 |
| JP2998172B2 (ja) | 1990-05-21 | 2000-01-11 | キヤノン株式会社 | ドップラー速度計 |
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| US5216478A (en) * | 1989-03-31 | 1993-06-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Doppler velocity meter |
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1993
- 1993-08-23 JP JP05229430A patent/JP3082533B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-04 US US08/285,529 patent/US5552879A/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2924301B2 (ja) | 1990-05-21 | 1999-07-26 | キヤノン株式会社 | 速度計 |
| JP2998172B2 (ja) | 1990-05-21 | 2000-01-11 | キヤノン株式会社 | ドップラー速度計 |
| JP2990891B2 (ja) | 1990-09-21 | 1999-12-13 | キヤノン株式会社 | 変位情報検出装置及び速度計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5552879A (en) | 1996-09-03 |
| JPH0755940A (ja) | 1995-03-03 |
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Legal Events
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