JP3341412B2 - 光ドップラ速度計 - Google Patents
光ドップラ速度計Info
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- JP3341412B2 JP3341412B2 JP30036093A JP30036093A JP3341412B2 JP 3341412 B2 JP3341412 B2 JP 3341412B2 JP 30036093 A JP30036093 A JP 30036093A JP 30036093 A JP30036093 A JP 30036093A JP 3341412 B2 JP3341412 B2 JP 3341412B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は被測定対象からの反射光
ビームに生ずるドップラ効果を利用して速度を測定する
ようにした光ドップラ速度計に関する。
ビームに生ずるドップラ効果を利用して速度を測定する
ようにした光ドップラ速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定対象からの反射光ビームに
生ずるドップラ効果を利用して速度を測定するようにし
た光ドップラ速度計として図３に示す如きものが提案さ
れている。この図３の光ドップラ速度計につき説明する
に、この例においては、被測定対象例えばスピーカの振
動板１の振動速度を測定するものとする。
生ずるドップラ効果を利用して速度を測定するようにし
た光ドップラ速度計として図３に示す如きものが提案さ
れている。この図３の光ドップラ速度計につき説明する
に、この例においては、被測定対象例えばスピーカの振
動板１の振動速度を測定するものとする。
【０００３】図３において、２はレーザダイオードを使
用した光源を示し、このレーザダイオードより成る光源
２は前方及び後方にレーザ光を放射する如くなされたも
のである。この光源２の前方に放射された光源光ビーム
はプリズム３を介して被測定対象１を照射し、この光源
光ビームの反射光ビーム即ち測定光ビームＬＡをプリズ
ム３を介して、誘電体材料例えばＬｉＮｂＯ3 より成る
基板４上に形成された光導波路５に導く如くする。
用した光源を示し、このレーザダイオードより成る光源
２は前方及び後方にレーザ光を放射する如くなされたも
のである。この光源２の前方に放射された光源光ビーム
はプリズム３を介して被測定対象１を照射し、この光源
光ビームの反射光ビーム即ち測定光ビームＬＡをプリズ
ム３を介して、誘電体材料例えばＬｉＮｂＯ3 より成る
基板４上に形成された光導波路５に導く如くする。
【０００４】この場合、被測定対象１が速度ｖ（ｔ）で
運動しているときの測定光ビームＬＡの周波数は被測定
対象１の速度に比例して変化し、この測定光ビームＬＡ
の電界Ｅsig は次式で表わされる。
運動しているときの測定光ビームＬＡの周波数は被測定
対象１の速度に比例して変化し、この測定光ビームＬＡ
の電界Ｅsig は次式で表わされる。
【０００５】
【数１】 ただし、ｋ0 はレーザ光の波数、φ2 は初期位相であ
る。
る。
【０００６】また、光源２の後方に放射された光源光ビ
ームは、この基板４上に形成された光導波路６を通って
光変調器７に導かれる。この光変調器７の電極７ａには
水晶発振器より成る正弦波発振器８よりの角周波数３ω
m の正弦波信号が１／３分周回路９、バンドパスフィル
タ１０及び駆動回路１１を介して供給され、この光変調
器７においては、この光源光ビームを変調電圧Ｖm の正
弦波電圧 Ｖm ｓｉｎ（ωm ｔ＋φ0 ） によって位相変調し、参照光ビームＬＢとする。ただ
し、φ0 は初期位相である。
ームは、この基板４上に形成された光導波路６を通って
光変調器７に導かれる。この光変調器７の電極７ａには
水晶発振器より成る正弦波発振器８よりの角周波数３ω
m の正弦波信号が１／３分周回路９、バンドパスフィル
タ１０及び駆動回路１１を介して供給され、この光変調
器７においては、この光源光ビームを変調電圧Ｖm の正
弦波電圧 Ｖm ｓｉｎ（ωm ｔ＋φ0 ） によって位相変調し、参照光ビームＬＢとする。ただ
し、φ0 は初期位相である。
【０００７】この参照光ビームＬＢの電界Ｅref は
【数２】 で表わされる。ただし、ω0 はレーザ光角周波数、φ1
は初期位置、ｍp は位相変調指数であり、Ｖm に比例す
る。
は初期位置、ｍp は位相変調指数であり、Ｖm に比例す
る。
【０００８】ベッセルの公式から
【数３】 と展開できるから、数２を整理すると
【数４】 となる。ただし、Ｊq はｑ次のベッセル関数である。
【０００９】この測定光ビームＬＡ及び参照光ビームＬ
Ｂを夫々Ｙ分岐光導波路１２に導いて、この測定光ビー
ムＬＡと参照光ビームＬＢとを合波して、光検出器１３
に供給し、受光する如くする。この場合、参照光ビーム
ＬＢで測定光ビームＬＡをヘテロダイン検波することに
よって、この光検出器１３の出力電圧ｆ（ｔ）は次の通
り、
Ｂを夫々Ｙ分岐光導波路１２に導いて、この測定光ビー
ムＬＡと参照光ビームＬＢとを合波して、光検出器１３
に供給し、受光する如くする。この場合、参照光ビーム
ＬＢで測定光ビームＬＡをヘテロダイン検波することに
よって、この光検出器１３の出力電圧ｆ（ｔ）は次の通
り、
【００１０】
【数５】
【００１１】この光検出器１３の出力信号を中心角周波
数をωm 及び２ωm とするバンドパスフィルタ１４を介
して乗算回路１５に供給する。このバンドパスフィルタ
１４の出力側に得られる数５から信号処理に関する角周
波数ωm 及び２ωm 付近の交流信号（ＲＦ信号）（＊）
は以下の通りである。
数をωm 及び２ωm とするバンドパスフィルタ１４を介
して乗算回路１５に供給する。このバンドパスフィルタ
１４の出力側に得られる数５から信号処理に関する角周
波数ωm 及び２ωm 付近の交流信号（ＲＦ信号）（＊）
は以下の通りである。
【００１２】
【数６】 ただし、ωm ＞４ｋ0 ｖ（ｔ）であるものとする。
【００１３】また、ここで表記を簡単にするためにドッ
プラ信号を含む成分を
プラ信号を含む成分を
【数７】 と置き、光検出器１３の出力信号の電圧振幅を
【数８】 と置いた。
【００１４】また、正弦波発振器８の正弦波信号ｓｉｎ
（３ωm ｔ）を１／２分周回路１６及び位相調整回路１
７の直列回路を介して乗算回路１５にパイロット信号と
して供給する如くする。この位相調整回路１７の出力側
に得られるパイロット信号は ｓｉｎ（３ωm ｔ／２＋φ3 ） であり、このパイロット信号の位相φ3 は位相調整回路
１７によって調整される。
（３ωm ｔ）を１／２分周回路１６及び位相調整回路１
７の直列回路を介して乗算回路１５にパイロット信号と
して供給する如くする。この位相調整回路１７の出力側
に得られるパイロット信号は ｓｉｎ（３ωm ｔ／２＋φ3 ） であり、このパイロット信号の位相φ3 は位相調整回路
１７によって調整される。
【００１５】この場合バンドパスフィルタ１４の出力側
に得られる数６で表わされる信号に含まれるωm 成分あ
るいはωm 成分を単独で取り出しても、その波形は振幅
変調された信号であり、ＦＭ復調することができないの
で、この数６の信号にこのパイロット信号を乗じてＡＭ
復調を行う必要がある。
に得られる数６で表わされる信号に含まれるωm 成分あ
るいはωm 成分を単独で取り出しても、その波形は振幅
変調された信号であり、ＦＭ復調することができないの
で、この数６の信号にこのパイロット信号を乗じてＡＭ
復調を行う必要がある。
【００１６】この乗算回路１５の出力信号を角周波数が
ωm ／２付近の信号成分のみを取り出すバンドパスフィ
ルタ１８を介して周波数変調復調回路１９に供給する如
くする。このバンドパスフィルタ１８の出力側に得られ
る出力信号ｇ（ｔ）は次式の通りである。
ωm ／２付近の信号成分のみを取り出すバンドパスフィ
ルタ１８を介して周波数変調復調回路１９に供給する如
くする。このバンドパスフィルタ１８の出力側に得られ
る出力信号ｇ（ｔ）は次式の通りである。
【００１７】
【数９】
【００１８】この数９を直感的に理解するのは極めて難
しいので、ωm 成分から復調された数９の式の右辺〔
〕内第１項〜第４項及び２ωm 成分から復調された数
９の式の右辺〔 〕内第５項、第６項を別々に整理して
みる。この第１項と第３項との和及び第２項と第４項と
の和は夫々数１０及び数１１に示す通りである。
しいので、ωm 成分から復調された数９の式の右辺〔
〕内第１項〜第４項及び２ωm 成分から復調された数
９の式の右辺〔 〕内第５項、第６項を別々に整理して
みる。この第１項と第３項との和及び第２項と第４項と
の和は夫々数１０及び数１１に示す通りである。
【００１９】
【数１０】
【数１１】
【００２０】ただし、
【数１２】 と置換した。
【００２１】また、
【数１３】
【数１４】 と置いて、数１０と数１１との和を求めると以下の通り
である。
である。
【００２２】
【数１５】 この数１５は角周波数がωm ／２である搬送波がドップ
ラ信号ｓｉｎφD で振幅変調されていることを表わして
いる。
ラ信号ｓｉｎφD で振幅変調されていることを表わして
いる。
【００２３】同様に数９の式の右辺第５項と第６項との
和を求めると次の通りである。
和を求めると次の通りである。
【００２４】
【数１６】 ただし
【数１７】 と置換した。
【００２５】数１６も数１５と同様、角周波数がωm ／
２である搬送波がドップラ信号ｃｏｓφD で振幅変調さ
れていることを表わしている。結局、数１５及び数１６
を用いて数９を整理すると信号ｇ（ｔ）の厳密解が、得
られる。
２である搬送波がドップラ信号ｃｏｓφD で振幅変調さ
れていることを表わしている。結局、数１５及び数１６
を用いて数９を整理すると信号ｇ（ｔ）の厳密解が、得
られる。
【００２６】
【数１８】
【００２７】この数１８の信号がＦＭ復調できる信号
（即ち周波数変調信号）となるのは、ある特別な条件が
満たされるときに限られる。この数１８より特別な条件
とは振幅条件を位相条件に分けられることがわかる。
（即ち周波数変調信号）となるのは、ある特別な条件が
満たされるときに限られる。この数１８より特別な条件
とは振幅条件を位相条件に分けられることがわかる。
【００２８】振幅条件は数１８の式の右辺の２つの振幅
変調波の振幅が等しくなるように
変調波の振幅が等しくなるように
【数１９】 と導かれる。
【００２９】また位相条件は数１８の式の右辺の２つの
振幅変調波の搬送波の位相が同相か逆相になる条件で与
えられる。
振幅変調波の搬送波の位相が同相か逆相になる条件で与
えられる。
【００３０】
【数２０】
【００３１】この数１９の式を満たすｍp とφ0 とは無
数に存在する。しかし、実用上、復調回路を簡単にする
ためには、φ0 の取り得る値は０あるいは±π／２に限
られる。このとき、この振幅条件（数１９）を満たす０
でない最小の変調指数ｍp は２．６３であり Ｊ1 （ｍp ）＝Ｊ2 （ｍp ）＝０．４６２４ となる。
数に存在する。しかし、実用上、復調回路を簡単にする
ためには、φ0 の取り得る値は０あるいは±π／２に限
られる。このとき、この振幅条件（数１９）を満たす０
でない最小の変調指数ｍp は２．６３であり Ｊ1 （ｍp ）＝Ｊ2 （ｍp ）＝０．４６２４ となる。
【００３２】また、φ0 の値によって、位相条件（数２
０）を満たすφ3 は以下のような値を取らなければなら
ない。 （ｉ）φ0 ＝０（正弦波位相変調法）のとき、 φ3 ＝ｎπ／２ （ｎ＝０，±１，±２，±３‥‥） （ii）φ0 ＝±π／２（余弦波位相変調法）のとき、 φ3 ＝（２ｎ＋１）π／４ （ｎ＝０，±１，±２，
±３‥‥）
０）を満たすφ3 は以下のような値を取らなければなら
ない。 （ｉ）φ0 ＝０（正弦波位相変調法）のとき、 φ3 ＝ｎπ／２ （ｎ＝０，±１，±２，±３‥‥） （ii）φ0 ＝±π／２（余弦波位相変調法）のとき、 φ3 ＝（２ｎ＋１）π／４ （ｎ＝０，±１，±２，
±３‥‥）
【００３３】これらの条件が全て満足されたとき、数１
８の信号はＦＭ信号になる。例えば、φ0 ＝０，ｍp ＝
０，φ3 ＝π／２のとき、この信号ｇ（ｔ）は
８の信号はＦＭ信号になる。例えば、φ0 ＝０，ｍp ＝
０，φ3 ＝π／２のとき、この信号ｇ（ｔ）は
【数２１】 となる。
【００３４】この数２１の信号を理想的な周波数変調信
号の復調回路に入力すると速度信号波形である復調信号
ｈ（ｔ）が得られる。
号の復調回路に入力すると速度信号波形である復調信号
ｈ（ｔ）が得られる。
【数２２】 ただし、ξは周波数変調復調回路１９の感度、λ0 はレ
ーザ光（光源光ビーム）の波長である。
ーザ光（光源光ビーム）の波長である。
【００３５】このレーザ光の波長λ0 が既知であれば、
この復調信号ｈ（ｔ）から被測定対象１の速度ｖ（ｔ）
の絶対値を知ることができる。
この復調信号ｈ（ｔ）から被測定対象１の速度ｖ（ｔ）
の絶対値を知ることができる。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】斯る、図３に示す如
き、従来の光ドップラ速度計においてはＦＭ復調できる
信号を得るための振幅条件及び位相条件を満足するのに
問題があった。即ち振幅条件を満たすには変調指数ｍp
は厳密に固定される必要があり、位相条件を満たすには
位相φ0 及びφ3 は特定の値を取らねばならない。特に
位相量を調整する位相調整回路を設けたときには、この
位相調整回路に温度特性に劣る部品を使用すると、位相
条件を常時満足することは殆ど不可能である不都合があ
る。
き、従来の光ドップラ速度計においてはＦＭ復調できる
信号を得るための振幅条件及び位相条件を満足するのに
問題があった。即ち振幅条件を満たすには変調指数ｍp
は厳密に固定される必要があり、位相条件を満たすには
位相φ0 及びφ3 は特定の値を取らねばならない。特に
位相量を調整する位相調整回路を設けたときには、この
位相調整回路に温度特性に劣る部品を使用すると、位相
条件を常時満足することは殆ど不可能である不都合があ
る。
【００３７】そこで、この復調信号に含まれる歪み成分
の振幅を信号の１％以下にするための必要条件を考察す
る。
の振幅を信号の１％以下にするための必要条件を考察す
る。
【００３８】振幅条件と振幅歪みとの関係を考察するた
めに、例えば、φ3 ＝π／２のときの復調歪みを求めて
みる。このときの復調回路１９に供給される信号ｇ
（ｔ）は
めに、例えば、φ3 ＝π／２のときの復調歪みを求めて
みる。このときの復調回路１９に供給される信号ｇ
（ｔ）は
【数２３】 となる。ただし
【数２４】 と置いた。
【００３９】この数２３の式からわかるように位相
φ0 、変調指数ｍp いずれのパラメータが最適値からず
れてもこの信号ｇ（ｔ）は著しく歪む。また復調後の歪
みから、どちらのパラメータがずれたのかを区別して観
測することはできない。振幅性雑音を完全に除去できる
理想の周波数変調復調回路１９を用いて、数２３の式で
表わされる信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調すると次の復調信号
ｈ（ｔ）が得られる。
φ0 、変調指数ｍp いずれのパラメータが最適値からず
れてもこの信号ｇ（ｔ）は著しく歪む。また復調後の歪
みから、どちらのパラメータがずれたのかを区別して観
測することはできない。振幅性雑音を完全に除去できる
理想の周波数変調復調回路１９を用いて、数２３の式で
表わされる信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調すると次の復調信号
ｈ（ｔ）が得られる。
【００４０】
【数２５】
【００４１】φ0 ≒０となる特別な場合、この数２５は
さらに次のように書ける。
さらに次のように書ける。
【数２６】
【００４２】ただし、次の関係を用いた。
【数２７】
【数２８】
【００４３】数２６から明らかなように変調指数ｍp や
位相φ0 が最適値からずれると、速度信号ｖ（ｔ）に帯
状の振幅変調波形が乗じられたように見える。この数２
６の式より歪み成分の振幅を１％以下にするには、常
に、変調指数ｍp と位相φ0 は以下の式を満足しなけれ
ばならない。
位相φ0 が最適値からずれると、速度信号ｖ（ｔ）に帯
状の振幅変調波形が乗じられたように見える。この数２
６の式より歪み成分の振幅を１％以下にするには、常
に、変調指数ｍp と位相φ0 は以下の式を満足しなけれ
ばならない。
【００４４】
【数２９】
【００４５】次に位相条件と復調歪みとの関係を考察す
るために例えばｍp ＝２．６３、φ 0 ＝０のときの復調
歪みを求めてみる。このときの復調回路１９に供給され
る信号ｇ（ｔ）は次の通りである。
るために例えばｍp ＝２．６３、φ 0 ＝０のときの復調
歪みを求めてみる。このときの復調回路１９に供給され
る信号ｇ（ｔ）は次の通りである。
【００４６】
【数３０】
【００４７】今、振幅性雑音を完全に除去できる理想の
周波数変調復調回路１９を用いて、数３０の式で表わさ
れる信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調すると
周波数変調復調回路１９を用いて、数３０の式で表わさ
れる信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調すると
【数３１】 が得られる。
【００４８】φ3 ≒π／２のとき、この数３１はさらに
次のように書ける。
次のように書ける。
【数３２】
【００４９】この数３２の式から明らかなように、位相
φ3 が最適値からずれると、速度信号ｖ（ｔ）に振幅変
調波形が加算されたように見える。この歪み成分の振幅
を１％以下にするためには位相φ3 は
φ3 が最適値からずれると、速度信号ｖ（ｔ）に振幅変
調波形が加算されたように見える。この歪み成分の振幅
を１％以下にするためには位相φ3 は
【数３３】 を満たさなければならない。
【００５０】結局、従来の光ドップラ速度計の問題点
は、振幅条件と位相条件とに係わるパラメータが、位相
φ0 ，φ3 及び変調指数ｍp の３つもあり、それぞれ独
立に最適値に一致させなければならないこと及び位相変
調回路や遅延線の性質から、位相条件を安定に保持する
のが困難であることである。
は、振幅条件と位相条件とに係わるパラメータが、位相
φ0 ，φ3 及び変調指数ｍp の３つもあり、それぞれ独
立に最適値に一致させなければならないこと及び位相変
調回路や遅延線の性質から、位相条件を安定に保持する
のが困難であることである。
【００５１】本発明は斯る点に鑑み位相調整回路や遅延
線を使用することなく、良好に速度の測定ができるよう
にすることを目的とする。
線を使用することなく、良好に速度の測定ができるよう
にすることを目的とする。
【００５２】
【課題を解決するための手段】本発明光ドップラ速度計
は例えば図１に示す如く光源２から射出された光源光ビ
ームを被測定対象１に照射して、その反射光によって測
定光ビームＬＡを得ると共にこの光源光ビームを位相変
調信号によって位相変調動作する光変調器７に入射して
参照光ビームＬＢを得、この参照光ビームＬＢ及びこの
測定光ビームＬＡの合成光を光検出器１３に供給し、こ
の光検出器１３の出力信号に基づいて、この被測定対象
１の速度を測定するようにした光ドップラ速度計におい
て、この光検出器１３の出力信号をこの位相変調信号の
基本波ないし高調波の周波数成分ωm ，２ωm ，３ωm
‥‥のうち２つの周波数成分ωm ，２ωm を選択する第
１及び第２のバンドパスフィルタ２２及び２４と、この
第１及び第２のバンドパスフィルタ２２及び２４の夫々
の出力信号が夫々供給されると共にＡＭ復調する互に周
波数の異なる第１及び第２のパイロット信号Ｆ1 及びＦ
2 が夫々供給される第１及び第２の乗算回路２３及び２
５と、この位相変調信号とこの第１のパイロット信号Ｆ
1 とこの第２のパイロット信号Ｆ2 との位相を同期する
位相同期手段２０，２１，２６，２７，２８と、この第
１及び第２の乗算回路２３及び２５の夫々の出力信号を
加算する加算回路２９と、この加算回路２９の出力信号
を復調する周波数変調復調回路１９とを設けたものであ
る。
は例えば図１に示す如く光源２から射出された光源光ビ
ームを被測定対象１に照射して、その反射光によって測
定光ビームＬＡを得ると共にこの光源光ビームを位相変
調信号によって位相変調動作する光変調器７に入射して
参照光ビームＬＢを得、この参照光ビームＬＢ及びこの
測定光ビームＬＡの合成光を光検出器１３に供給し、こ
の光検出器１３の出力信号に基づいて、この被測定対象
１の速度を測定するようにした光ドップラ速度計におい
て、この光検出器１３の出力信号をこの位相変調信号の
基本波ないし高調波の周波数成分ωm ，２ωm ，３ωm
‥‥のうち２つの周波数成分ωm ，２ωm を選択する第
１及び第２のバンドパスフィルタ２２及び２４と、この
第１及び第２のバンドパスフィルタ２２及び２４の夫々
の出力信号が夫々供給されると共にＡＭ復調する互に周
波数の異なる第１及び第２のパイロット信号Ｆ1 及びＦ
2 が夫々供給される第１及び第２の乗算回路２３及び２
５と、この位相変調信号とこの第１のパイロット信号Ｆ
1 とこの第２のパイロット信号Ｆ2 との位相を同期する
位相同期手段２０，２１，２６，２７，２８と、この第
１及び第２の乗算回路２３及び２５の夫々の出力信号を
加算する加算回路２９と、この加算回路２９の出力信号
を復調する周波数変調復調回路１９とを設けたものであ
る。
【００５３】本発明光ドップラ速度計は上述において、
この２つのパイロット信号Ｆ1 ，Ｆ2 の周波数が共に位
相変調信号の周波数より高くするようにしたものであ
る。
この２つのパイロット信号Ｆ1 ，Ｆ2 の周波数が共に位
相変調信号の周波数より高くするようにしたものであ
る。
【００５４】また本発明光ドップラ速度計は上述におい
て、この２つのパイロット信号Ｆ1，Ｆ2 の周波数が共
に位相変調信号の周波数より低くするようにしたもので
ある。
て、この２つのパイロット信号Ｆ1，Ｆ2 の周波数が共
に位相変調信号の周波数より低くするようにしたもので
ある。
【００５５】
【作用】本発明によれば周波数変調成分を有する光検出
信号を同期した周波数の異なる２つのパイロット信号Ｆ
1 及びＦ2 によりＡＭ復調して、周波数変調復調回路１
９で、ＦＭ復調する信号ｇ（ｔ）を得ているので、不安
定な位相調整回路や遅延線を使用することなく位相条件
が緩和でき、速度信号の歪みは位相変調指数のずれ量の
みに依存することとなり、実用上の基準である歪み率１
％以下の水準も達成しやすくなる。
信号を同期した周波数の異なる２つのパイロット信号Ｆ
1 及びＦ2 によりＡＭ復調して、周波数変調復調回路１
９で、ＦＭ復調する信号ｇ（ｔ）を得ているので、不安
定な位相調整回路や遅延線を使用することなく位相条件
が緩和でき、速度信号の歪みは位相変調指数のずれ量の
みに依存することとなり、実用上の基準である歪み率１
％以下の水準も達成しやすくなる。
【００５６】
【実施例】以下図１を参照して本発明光ドップラ速度計
の一実施例を説明しよう。この図１において図３に対応
する部分には同一符号を付す。この図１例においても被
測定対象１としてスピーカの振動板の振動速度を測定す
る例につき説明する。
の一実施例を説明しよう。この図１において図３に対応
する部分には同一符号を付す。この図１例においても被
測定対象１としてスピーカの振動板の振動速度を測定す
る例につき説明する。
【００５７】図１においては、レーザダイオードより成
る光源２の前方に放射された光源光ビームはプリズム３
を介して被測定対象１を照射し、この光源光ビームの反
射光ビーム即ち測定光ビームＬＡを得、この測定光ビー
ムＬＡをプリズム３を介して、誘電体材料例えばＬｉＮ
ｂＯ3 より成る基板４上に形成された光導波路５に導く
如くする。
る光源２の前方に放射された光源光ビームはプリズム３
を介して被測定対象１を照射し、この光源光ビームの反
射光ビーム即ち測定光ビームＬＡを得、この測定光ビー
ムＬＡをプリズム３を介して、誘電体材料例えばＬｉＮ
ｂＯ3 より成る基板４上に形成された光導波路５に導く
如くする。
【００５８】この場合、被測定対象１が速度ｖ（ｔ）で
運動しているときの測定光ビームＬＡの周波数は被測定
対象１の速度に比例して変化し、この測定光ビームＬＡ
の電界Ｅsig は前述数１に示す如くである。また、光源
２の後方に放射された光源光ビームは、この基板４上に
形成された光導波路６を通って光変調器７に導かれる。
運動しているときの測定光ビームＬＡの周波数は被測定
対象１の速度に比例して変化し、この測定光ビームＬＡ
の電界Ｅsig は前述数１に示す如くである。また、光源
２の後方に放射された光源光ビームは、この基板４上に
形成された光導波路６を通って光変調器７に導かれる。
【００５９】本例においては、位相変調角周波数ωm の
１５倍の角周波数１５ωm の水晶発振器８ａを用意し、
この水晶発振器８ａの角周波数が１５ωm の発振信号を
同期カウンタ構成の１／３分周器２０及び１／５分周器
２１の直列回路を介して、バンドパスフィルタ１０に供
給し、このバンドパスフィルタ１０の出力側に得られる
角周波数がωm の正弦波信号を駆動回路１１を介して光
変調器７の電極７ａに供給する。
１５倍の角周波数１５ωm の水晶発振器８ａを用意し、
この水晶発振器８ａの角周波数が１５ωm の発振信号を
同期カウンタ構成の１／３分周器２０及び１／５分周器
２１の直列回路を介して、バンドパスフィルタ１０に供
給し、このバンドパスフィルタ１０の出力側に得られる
角周波数がωm の正弦波信号を駆動回路１１を介して光
変調器７の電極７ａに供給する。
【００６０】この光変調器７においては、光源光ビーム
を、変調電圧Ｖm の正弦波電圧 Ｖm ｓｉｎ（ωm ｔ＋φ0 ） によって位相変調し、参照光ビームとする。ただしφ0
は初期位相である。この参照光ＬＢの電界Ｅref は前述
数２に示す如くである。この数２を展開して整理すると
前述数４に示す如くなる。
を、変調電圧Ｖm の正弦波電圧 Ｖm ｓｉｎ（ωm ｔ＋φ0 ） によって位相変調し、参照光ビームとする。ただしφ0
は初期位相である。この参照光ＬＢの電界Ｅref は前述
数２に示す如くである。この数２を展開して整理すると
前述数４に示す如くなる。
【００６１】この測定光ビームＬＡ及び参照光ビームＬ
Ｂを夫々Ｙ分岐光導波路１２に導いて、この測定光ビー
ムＬＡと参照光ビームＬＢとを合波して、光検出器１３
に供給し、受光する如くする。この場合参照光ビームＬ
Ｂで測定光ビームＬＡをヘテロダイン検波することによ
って、この光検出器１３の出力側に前述数５に示す如き
出力電圧ｆ（ｔ）が得られる。
Ｂを夫々Ｙ分岐光導波路１２に導いて、この測定光ビー
ムＬＡと参照光ビームＬＢとを合波して、光検出器１３
に供給し、受光する如くする。この場合参照光ビームＬ
Ｂで測定光ビームＬＡをヘテロダイン検波することによ
って、この光検出器１３の出力側に前述数５に示す如き
出力電圧ｆ（ｔ）が得られる。
【００６２】本例においては光検出器１３の出力側に得
られる前述数５に示す如き出力電圧ｆ（ｔ）を中心角周
波数がωm のバンドパスフィルタ２２を介して乗算回路
２３に供給すると共にこの光検出器１３の出力側に得ら
れる前述数５に示す如き出力電圧ｆ（ｔ）を中心角周波
数が２ωm のバンドパスフィルタ２４を介して乗算回路
２５に供給する如くする。
られる前述数５に示す如き出力電圧ｆ（ｔ）を中心角周
波数がωm のバンドパスフィルタ２２を介して乗算回路
２３に供給すると共にこの光検出器１３の出力側に得ら
れる前述数５に示す如き出力電圧ｆ（ｔ）を中心角周波
数が２ωm のバンドパスフィルタ２４を介して乗算回路
２５に供給する如くする。
【００６３】また本例においては水晶発振器８ａの１５
ωm の発振信号を同期カウンタ構成の１／５分周器２６
及び１／２分周器２７の直列回路を介して、パイロット
信号Ｆ1 として乗算回路２３に供給し、ＡＭ復調する如
くする。この場合、このバンドパスフィルタ２２の出力
側に得られるωm 成分をＡＭ復調するパイロット信号Ｆ
1 は ｓｉｎ（３ωm ｔ／２＋φ3 ） である。
ωm の発振信号を同期カウンタ構成の１／５分周器２６
及び１／２分周器２７の直列回路を介して、パイロット
信号Ｆ1 として乗算回路２３に供給し、ＡＭ復調する如
くする。この場合、このバンドパスフィルタ２２の出力
側に得られるωm 成分をＡＭ復調するパイロット信号Ｆ
1 は ｓｉｎ（３ωm ｔ／２＋φ3 ） である。
【００６４】また、１／３分周器２０の出力信号を同期
カウンタ構成の１／２分周器２８を介してパイロット信
号Ｆ2 として乗算回路２５に供給し、ＡＭ復調する如く
する。この場合、このバンドパスフィルタ２４の出力側
に得られる２ωm 成分をＡＭ復調するパイロット信号Ｆ
2 は ｓｉｎ（５ωm ｔ／２＋φ4 ） である。
カウンタ構成の１／２分周器２８を介してパイロット信
号Ｆ2 として乗算回路２５に供給し、ＡＭ復調する如く
する。この場合、このバンドパスフィルタ２４の出力側
に得られる２ωm 成分をＡＭ復調するパイロット信号Ｆ
2 は ｓｉｎ（５ωm ｔ／２＋φ4 ） である。
【００６５】この乗算回路２３及び２５の夫々の出力信
号を加算回路２９に供給し、この加算回路２９に得られ
る之等の加算信号を角周波数がωm ／２付近の信号成分
のみをとりだすバンドパスフィルタ１８を介して周波数
変調復調回路１９に供給する如くする。本例のこのバン
ドパスフィルタ１８の出力側に得られる出力信号ｇ
（ｔ）は次式の通りである。
号を加算回路２９に供給し、この加算回路２９に得られ
る之等の加算信号を角周波数がωm ／２付近の信号成分
のみをとりだすバンドパスフィルタ１８を介して周波数
変調復調回路１９に供給する如くする。本例のこのバン
ドパスフィルタ１８の出力側に得られる出力信号ｇ
（ｔ）は次式の通りである。
【００６６】
【数３４】
【００６７】この場合、パイロット信号Ｆ1 及びＦ2 の
角周波数３ωm ／２及び５ωm ／２を共に光変調器７に
供給する位相変調信号の角周波数ωm より、高くしたの
で、この数３４におけるφ3 とφ4 との符号が等しく、
且つこの２つのパイロット信号Ｆ1 及びＦ2 の位相が同
期しているので、この位相条件は緩和される。
角周波数３ωm ／２及び５ωm ／２を共に光変調器７に
供給する位相変調信号の角周波数ωm より、高くしたの
で、この数３４におけるφ3 とφ4 との符号が等しく、
且つこの２つのパイロット信号Ｆ1 及びＦ2 の位相が同
期しているので、この位相条件は緩和される。
【００６８】この図１例では、２つのパイロット信号Ｆ
1 及びＦ2 のみならず位相変調信号も水晶発振器８ａに
同期させているので φ0 ＝φ3 ＝φ4 ＝０ が成立する。これにより数３４を整理すると次のように
単純になる。
1 及びＦ2 のみならず位相変調信号も水晶発振器８ａに
同期させているので φ0 ＝φ3 ＝φ4 ＝０ が成立する。これにより数３４を整理すると次のように
単純になる。
【００６９】
【数３５】
【００７０】この数３５の信号ｇ（ｔ）を周波数変調信
号とするための条件は変調指数ｍpに関する振幅条件だ
けになる。この数３５の信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調する
と、この復調信号ｈ（ｔ）は次の通りである。
号とするための条件は変調指数ｍpに関する振幅条件だ
けになる。この数３５の信号ｇ（ｔ）をＦＭ復調する
と、この復調信号ｈ（ｔ）は次の通りである。
【００７１】
【数３６】
【００７２】この数３６の信号に含まれる歪み成分を１
％以下にするためには
％以下にするためには
【数３７】 となるように変調指数ｍp を調整すればよい。
【００７３】本例によれば周波数変調成分を有する光検
出信号を、同期カウンタ構成の分周器を使用し、同期し
た周波数の異なる２つのパイロット信号Ｆ1 及びＦ2 に
よりＡＭ復調して、周波数変調復調回路１９でＦＭ復調
する信号ｇ（ｔ）を得ているので、不安定な位相調整回
路や遅延線を使用することなく、位相条件が緩和でき、
速度信号の歪みは位相変調指数ｍp のずれ量のみに依存
することとなり、実用上の基準である歪み率１％以下の
水準も達成しやすくなる。
出信号を、同期カウンタ構成の分周器を使用し、同期し
た周波数の異なる２つのパイロット信号Ｆ1 及びＦ2 に
よりＡＭ復調して、周波数変調復調回路１９でＦＭ復調
する信号ｇ（ｔ）を得ているので、不安定な位相調整回
路や遅延線を使用することなく、位相条件が緩和でき、
速度信号の歪みは位相変調指数ｍp のずれ量のみに依存
することとなり、実用上の基準である歪み率１％以下の
水準も達成しやすくなる。
【００７４】従って本例によれば歪みの少ない復調信号
ｈ（ｔ）を得ることができ、精度の良い速度測定を行う
ことができる利益がある。
ｈ（ｔ）を得ることができ、精度の良い速度測定を行う
ことができる利益がある。
【００７５】図２は本発明の他の実施例を示す。この図
２につき説明するに、この図２において図１に対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
２につき説明するに、この図２において図１に対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７６】図２において、８ｂは角周波数がωm の水
晶発振器を示し、この水晶発振器８ｂの角周波数がωm
の発振信号を基準信号としてフェイズロックループ回路
（ＰＬＬ回路）３０に供給し、このＰＬＬ回路３０の出
力側に角周波数がωm の正弦波信号を得、このＰＬＬ回
路３０の出力側に得られる角周波数がωm の正弦波信号
をバンドパスフィルタ１０及び駆動回路１１の直列回路
を介して光変調器７の電極７ａに供給する。
晶発振器を示し、この水晶発振器８ｂの角周波数がωm
の発振信号を基準信号としてフェイズロックループ回路
（ＰＬＬ回路）３０に供給し、このＰＬＬ回路３０の出
力側に角周波数がωm の正弦波信号を得、このＰＬＬ回
路３０の出力側に得られる角周波数がωm の正弦波信号
をバンドパスフィルタ１０及び駆動回路１１の直列回路
を介して光変調器７の電極７ａに供給する。
【００７７】また本例においては、この水晶発振器８ｂ
の発振信号を基準信号としてパイロット信号Ｆ1 及びＦ
2 を夫々得るためのＰＬＬ回路３１及び３２に夫々供給
する。このＰＬＬ回路３１の出力側には角周波数が３ω
m ／２のパイロット信号Ｆ1を得るようにすると共にＰ
ＬＬ回路３２の出力側には角周波数が５ωm ／２のパイ
ロット信号Ｆ2 を得る如くする。
の発振信号を基準信号としてパイロット信号Ｆ1 及びＦ
2 を夫々得るためのＰＬＬ回路３１及び３２に夫々供給
する。このＰＬＬ回路３１の出力側には角周波数が３ω
m ／２のパイロット信号Ｆ1を得るようにすると共にＰ
ＬＬ回路３２の出力側には角周波数が５ωm ／２のパイ
ロット信号Ｆ2 を得る如くする。
【００７８】このＰＬＬ回路３１の出力信号のパイロッ
ト信号Ｆ1 を乗算回路２３に供給すると共にこのＰＬＬ
回路３２の出力信号のパイロット信号Ｆ2 を乗算回路２
５に夫々供給する。この図２においてはその他は図１と
同様に構成する。
ト信号Ｆ1 を乗算回路２３に供給すると共にこのＰＬＬ
回路３２の出力信号のパイロット信号Ｆ2 を乗算回路２
５に夫々供給する。この図２においてはその他は図１と
同様に構成する。
【００７９】この図２例においては、ＰＬＬ回路３０の
出力側に得られる位相変調信号、ＰＬＬ回路３１の出力
側に得られるパイロット信号Ｆ1 及びＰＬＬ回路３２の
出力側に得られるパイロット信号Ｆ2 の夫々の位相は同
期しているので、この図２例は図１例と同様に動作し、
図１例と同様の作用効果が得られることは容易に理解で
きよう。
出力側に得られる位相変調信号、ＰＬＬ回路３１の出力
側に得られるパイロット信号Ｆ1 及びＰＬＬ回路３２の
出力側に得られるパイロット信号Ｆ2 の夫々の位相は同
期しているので、この図２例は図１例と同様に動作し、
図１例と同様の作用効果が得られることは容易に理解で
きよう。
【００８０】尚、上述実施例においてはパイロット信号
Ｆ1 及びＦ2 の周波数を位相変調信号の周波数より共に
高くする如くしたが、このパイロット信号Ｆ1 及びＦ2
の周波数を位相変調信号の周波数より共に低くするよう
にしても良い。この場合も位相φ3 とφ4 との符号が等
しくなる。また本発明は上述実施例に限ることなく本発
明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り
得ることは勿論である。
Ｆ1 及びＦ2 の周波数を位相変調信号の周波数より共に
高くする如くしたが、このパイロット信号Ｆ1 及びＦ2
の周波数を位相変調信号の周波数より共に低くするよう
にしても良い。この場合も位相φ3 とφ4 との符号が等
しくなる。また本発明は上述実施例に限ることなく本発
明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り
得ることは勿論である。
【００８１】
【発明の効果】本発明によれば周波数変調成分を有する
光検出信号を同期した周波数の異なる２つのパイロット
信号Ｆ1 及びＦ2 によりＡＭ復調して、ＦＭ復調する信
号ｇ（ｔ）を得ているので、不安定な位相調整回路や遅
延線を使用することなく、位相条件が、緩和でき、速度
信号の歪みは位相変調指数ｍp のずれ量のみに依存する
こととなり、実用上の基準である歪み率１％以下の水準
も達成しやすくなる。従って本発明によれば歪みの少な
い復調信号ｈ（ｔ）を得ることができ、精度の良い速度
測定を行うことができない利益がある。
光検出信号を同期した周波数の異なる２つのパイロット
信号Ｆ1 及びＦ2 によりＡＭ復調して、ＦＭ復調する信
号ｇ（ｔ）を得ているので、不安定な位相調整回路や遅
延線を使用することなく、位相条件が、緩和でき、速度
信号の歪みは位相変調指数ｍp のずれ量のみに依存する
こととなり、実用上の基準である歪み率１％以下の水準
も達成しやすくなる。従って本発明によれば歪みの少な
い復調信号ｈ（ｔ）を得ることができ、精度の良い速度
測定を行うことができない利益がある。
【図１】本発明光ドップラ速度計の一実施例を示す構成
図である。
図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】従来の光ドップラ速度計の例を示す構成図であ
る。
る。
１ 被測定対象 ２ 光源 ３ プリズム ５，６ 光導波路 ７ 光変調器 ８ａ 水晶発振器 １２ Ｙ分岐光導波路 １３ 光検出器 １８，２２，２４ バンドパスフィルタ １９ 周波数変調復調回路 ２０，２１，２６，２７，２８ 同期カウンタを使用し
た分周器 ２３，２５ 乗算回路 ２９ 加算回路 ３０，３１，３２ ＰＬＬ回路
た分周器 ２３，２５ 乗算回路 ２９ 加算回路 ３０，３１，３２ ＰＬＬ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 康俊 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−152387（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−33790（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 3/36 G01S 17/58
Claims (3)
- 【請求項１】 光源から射出された光源光ビームを被測
定対象に照射して、その反射光によって測定光ビームを
得ると共に前記光源光ビームを位相変調信号によって位
相変調動作する光変調器に入射して参照光ビームを得、
該参照光ビーム及び前記測定光ビームの合成光を光検出
器に供給し、該光検出器の出力信号に基づいて、前記被
測定対象の速度を測定するようにした光ドップラ速度計
において、 前記光検出器の出力信号を前記位相変調信号の基本波な
いし高調波の周波数成分のうち２つの周波数成分を選択
する第１及び第２のバンドパスフィルタと、前記第１及
び第２のバンドパスフィルタの夫々の出力信号が夫々供
給されると共にＡＭ復調する互に周波数の異なる第１及
び第２のパイロット信号が夫々供給される第１及び第２
の乗算回路と、 前記位相変調信号と前記第１のパイロット信号と前記第
２のパイロット信号との位相を同期する位相同期手段
と、 前記第１及び第２の乗算回路の夫々の出力信号を加算す
る加算回路と、 前記加算回路の出力信号を復調する周波数変調復調回路
とを設けたことを特徴とする光ドップラ速度計。 - 【請求項２】 請求項１記載の光ドップラ速度計におい
て、 前記第１及び第２のパイロット信号の周波数が共に前記
位相変調信号の周波数より高いことを特徴とする光ドッ
プラ速度計。 - 【請求項３】 請求項１記載の光ドップラ速度計におい
て、 前記第１及び第２のパイロット信号の周波数が共に前記
位相変調信号の周波数より低いことを特徴とする光ドッ
プラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30036093A JP3341412B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 光ドップラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30036093A JP3341412B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 光ドップラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151772A JPH07151772A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3341412B2 true JP3341412B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=17883849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30036093A Expired - Fee Related JP3341412B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 光ドップラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341412B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-30 JP JP30036093A patent/JP3341412B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07151772A (ja) | 1995-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |