JP3397429B2 - 速度計及び変位情報測定装置 - Google Patents
速度計及び変位情報測定装置Info
- Publication number
- JP3397429B2 JP3397429B2 JP3921094A JP3921094A JP3397429B2 JP 3397429 B2 JP3397429 B2 JP 3397429B2 JP 3921094 A JP3921094 A JP 3921094A JP 3921094 A JP3921094 A JP 3921094A JP 3397429 B2 JP3397429 B2 JP 3397429B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moving object
- light
- diffraction grating
- displacement information
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は速度計及び変位情報測定
装置に関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動
物体」と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体
の移動速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の
周波数の偏移を検出することにより移動物体の変位に関
する変位情報や移動物体の移動速度を非接触で測定する
ようにしたドップラー効果を利用した速度計に良好に適
用できるものである。
装置に関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動
物体」と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体
の移動速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の
周波数の偏移を検出することにより移動物体の変位に関
する変位情報や移動物体の移動速度を非接触で測定する
ようにしたドップラー効果を利用した速度計に良好に適
用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より移動物体の移動速度を非接触且
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体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、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体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、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
【０００３】図３は従来のレーザードップラー速度計の
一例を示す説明図である。
一例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によって平行光束３
となり、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体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とすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
ーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束３
となり、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体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とすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
【０００５】
Δｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥‥（１）
＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、
互いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられ
る。
互いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられ
る。
【０００６】
Ｆ＝２・Δｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥‥（２）
（２）式から、光検出器９の周波数Ｆ（以下「ドップラ
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
【０００７】従来のレーザードップラー速度計では、
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
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傾向があった。
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
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傾向があった。
【０００８】又、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（または半導体レーザー）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。
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（または半導体レーザー）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４（'８７三菱半導体データブック；光
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、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、０．０５〜０．０
６ｎｍ／°Ｃ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０．２〜０．３ｎ
ｍ／°Ｃである。
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、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、０．０５〜０．０
６ｎｍ／°Ｃ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０．２〜０．３ｎ
ｍ／°Ｃである。
【００１０】波長を安定させるために一般にはレーザー
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、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
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
きない。
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、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
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
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、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より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、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶ）を本出願人は特願平1-83208 号に提案
している。
速度計として、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より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、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶ）を本出願人は特願平1-83208 号に提案
している。
【００１２】図５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
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
【００１３】ｓｉｎθ0 ＝ｍλ／ｄ
ここでｍは回折次数（０，１，２，‥）、λはレーザー
光の波長である。
光の波長である。
【００１４】このうち０次以外の±ｎ次光は次式で表わ
される。
される。
【００１５】
ｓｉｎθ0 ＝±ｎλ／ｄ ‥‥‥‥（３）
（ｎは１，２，‥）
図６はこのときの±ｎ次回折光をミラー６ａ，６ｂによ
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射したドップラー速度計の説明図である。
光検出器９のドップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式
から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉの波長に依存しなく、回折格
子１０の格子ピッチｄに反比例し移動物体７の移動速度
に比例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ド
ップラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例し
た周波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子
についても全く同様である。
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射したドップラー速度計の説明図である。
光検出器９のドップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式
から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉの波長に依存しなく、回折格
子１０の格子ピッチｄに反比例し移動物体７の移動速度
に比例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ド
ップラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例し
た周波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子
についても全く同様である。
【００１６】図７は特願平２−１３０５９０号で提案さ
れているレーザードップラー速度計の要部概略図であ
る。同図において、１０１はレーザードップラー速度計
である。１はレーザー、２はコリメーターレンズ、７は
移動物体としての被測定物体、１０は回折格子、１１，
１２は焦点距離がｆの凸レンズであり、図に示すような
配置構成になっている。回折格子１０からレンズ１１ま
での距離をａ、レンズ１２から被測定物体７までの距離
をｂとしたとき、ａ，ｂはａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足し
ている。
れているレーザードップラー速度計の要部概略図であ
る。同図において、１０１はレーザードップラー速度計
である。１はレーザー、２はコリメーターレンズ、７は
移動物体としての被測定物体、１０は回折格子、１１，
１２は焦点距離がｆの凸レンズであり、図に示すような
配置構成になっている。回折格子１０からレンズ１１ま
での距離をａ、レンズ１２から被測定物体７までの距離
をｂとしたとき、ａ，ｂはａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足し
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によっ
て直径２ｍｍφの平行光束３となり、格子ピッチ３．２
μｍの透過型の回折格子１０の格子配列方向に垂直に入
射する。このとき±１次の回折光５ａ，５ｂは回折角θ
1 ＝１２°で出射する。
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２によっ
て直径２ｍｍφの平行光束３となり、格子ピッチ３．２
μｍの透過型の回折格子１０の格子配列方向に垂直に入
射する。このとき±１次の回折光５ａ，５ｂは回折角θ
1 ＝１２°で出射する。
【００１８】光束５ａ，５ｂが焦点距離ｆ（＝１５ｍ
ｍ）の凸レンズ１１に入射すると、図のような光束１３
ａ，１３ｂが得られる。光束１３ａ，１３ｂが２ｆ（＝
３０ｍｍ）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が得られ、前述の回折格
子１０からの回折角θ１と等しい角度で２ｍｍφのスポ
ット径となって速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）の被測定物体７
を照射する。
ｍ）の凸レンズ１１に入射すると、図のような光束１３
ａ，１３ｂが得られる。光束１３ａ，１３ｂが２ｆ（＝
３０ｍｍ）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が得られ、前述の回折格
子１０からの回折角θ１と等しい角度で２ｍｍφのスポ
ット径となって速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）の被測定物体７
を照射する。
【００１９】被測定物体７からの散乱光を凸レンズ１２
及び集光レンズ８により効率良く光検出器９、受光部９
ａへと集光させ、（５）式に示すドップラー信号が含有
された光信号を検出する。そして演算手段１４により移
動物体７の速度情報を得ている。
及び集光レンズ８により効率良く光検出器９、受光部９
ａへと集光させ、（５）式に示すドップラー信号が含有
された光信号を検出する。そして演算手段１４により移
動物体７の速度情報を得ている。
【００２０】
Ｆ＝２Ｖ／ｄ＝Ｖ／１．６（ｋＨｚ） ・・・・・・・・（５）
ここで、ａ＝１０ｍｍ，ｂ＝２０ｍｍとしており、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、速度計設置の自由度が大きくなる。
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、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】一般にレーザー等の可
干渉性の高い光束を物体に照射すると、物体表面の微細
な凹凸により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、所謂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、物体もしく
は流体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
力信号は被検物体の透過率（或いは反射率）の変化によ
っても変調を受ける。
干渉性の高い光束を物体に照射すると、物体表面の微細
な凹凸により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、所謂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、物体もしく
は流体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
力信号は被検物体の透過率（或いは反射率）の変化によ
っても変調を受ける。
【００２２】前述の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
数及び被測定物体の透過率（或いは反射率）の変化の周
波数は、前述（４）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。しかしな
がら被測定物体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体の速度が測定できないと
いう問題点が生じてくる。
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
数及び被測定物体の透過率（或いは反射率）の変化の周
波数は、前述（４）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。しかしな
がら被測定物体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体の速度が測定できないと
いう問題点が生じてくる。
【００２３】また、同一の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
た問題点が生じてくる。
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
た問題点が生じてくる。
【００２４】本発明は非常に簡単な構成でドップラー周
波数の比率を容易に選択し、広範囲の速度情報を高精度
に検出することができる速度計の提供を目的とする。
波数の比率を容易に選択し、広範囲の速度情報を高精度
に検出することができる速度計の提供を目的とする。
【００２５】第２の本発明は、非常に簡単な構成で移動
物体に入射させる光束の入射角を容易に選択し、条件に
応じて適切な測定が行なえる様にした変位情報測定装置
の提供を目的とする。
物体に入射させる光束の入射角を容易に選択し、条件に
応じて適切な測定が行なえる様にした変位情報測定装置
の提供を目的とする。
【００２６】第３の本発明は、非常に簡単な構成で移動
物体に入射させる測定光束の交差角を容易に選択し、条
件に応じて適切な測定が行なえる様にした変位情報測定
装置の提供を目的とする。
物体に入射させる測定光束の交差角を容易に選択し、条
件に応じて適切な測定が行なえる様にした変位情報測定
装置の提供を目的とする。
【００２７】第４の本発明は、非常に簡単な構成で発生
させる干渉縞の間隔を容易に選択し、広範囲の変位情報
を高精度に測定することができる変位情報測定装置の提
供を目的とする。
させる干渉縞の間隔を容易に選択し、広範囲の変位情報
を高精度に測定することができる変位情報測定装置の提
供を目的とする。
【００２８】更に第５の本発明は、上述の目的の他にこ
のような変更を行なったとしても、検出手段からの信号
が影響を受けないようにした速度計または変位情報測定
装置の提供を目的とする。
のような変更を行なったとしても、検出手段からの信号
が影響を受けないようにした速度計または変位情報測定
装置の提供を目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明の速度計は、レー
ザー光を回折格子より成る干渉縞間隔可変部材を介して
所定の入射角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を検出手段で検出し、該検出手段か
らの信号を用いて該移動物体の速度情報を求めているこ
とを特徴としている。
ザー光を回折格子より成る干渉縞間隔可変部材を介して
所定の入射角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を検出手段で検出し、該検出手段か
らの信号を用いて該移動物体の速度情報を求めているこ
とを特徴としている。
【００３０】第２の本発明は測定光束を所定の入射角で
移動物体に入射させる光照射手段と、該移動物体からの
散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段からの
信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変位情報測
定装置において、回折格子の脱着により前記移動物体へ
の前記測定光束の入射角を変更する入射角変更手段を有
することを特徴とする。
移動物体に入射させる光照射手段と、該移動物体からの
散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段からの
信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変位情報測
定装置において、回折格子の脱着により前記移動物体へ
の前記測定光束の入射角を変更する入射角変更手段を有
することを特徴とする。
【００３１】第３の本発明は、複数の測定光束を所定の
交差角で移動物体に入射させる光照射手段と、該移動物
体からの散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手
段からの信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変
位情報測定装置において、回折格子の脱着により前記測
定光束の交差角を変更する交差角変更手段を有すること
を特徴とする。
交差角で移動物体に入射させる光照射手段と、該移動物
体からの散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手
段からの信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変
位情報測定装置において、回折格子の脱着により前記測
定光束の交差角を変更する交差角変更手段を有すること
を特徴とする。
【００３２】第４の本発明は測定光束を移動物体に入射
させて干渉縞を発生させる光照射手段と、該移動物体か
らの散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段か
らの信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変位情
報測定装置において、回折格子の脱着により前記干渉縞
の縞間隔を変更する干渉縞間隔変更手段を有することを
特徴とする。
させて干渉縞を発生させる光照射手段と、該移動物体か
らの散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段か
らの信号を用いて該移動物体の変位情報を求める変位情
報測定装置において、回折格子の脱着により前記干渉縞
の縞間隔を変更する干渉縞間隔変更手段を有することを
特徴とする。
【００３３】特に、光の波長をλ、該光の移動物体への
入射角をθとし、波長λの変化に応じて入射角θが変化
したときｓｉｎθ／λが略一定となるように各要素を設
定していることを特徴としている。
入射角をθとし、波長λの変化に応じて入射角θが変化
したときｓｉｎθ／λが略一定となるように各要素を設
定していることを特徴としている。
【００３４】
【実施例】図１は本発明の実施例１の光学系の要部概略
図である。同図において１０１は速度計である。１は光
源で例えばレーザーダイオードや半導体レーザー等（以
下「レーザー」と称する。）より成っている。２はコリ
メーターレンズであり、レーザー１からの光束を平行光
束３にしている。１０は回折格子であり、格子ピッチｄ
が例えば３．２μｍの透過型より成り±１次回折光を回
折角θ1 で回折させるように設定している。
図である。同図において１０１は速度計である。１は光
源で例えばレーザーダイオードや半導体レーザー等（以
下「レーザー」と称する。）より成っている。２はコリ
メーターレンズであり、レーザー１からの光束を平行光
束３にしている。１０は回折格子であり、格子ピッチｄ
が例えば３．２μｍの透過型より成り±１次回折光を回
折角θ1 で回折させるように設定している。
【００３５】１１，１２は焦点距離がｆの第１レンズと
第２レンズであり、図に示す様な配置構成になってい
る。５０ａは干渉縞間隔可変部材であり、透過ガラス２
１に配置されたブレーズド回折格子２０ａと取付け部材
２２とを有しており、本体１０１ａに着脱自在に取付け
られている。８は集光レンズ、９は光検出器である。１
４は演算手段であり、光検出器９からの信号を用いて移
動物体７の変位情報としての速度情報を演算し求めてい
る。
第２レンズであり、図に示す様な配置構成になってい
る。５０ａは干渉縞間隔可変部材であり、透過ガラス２
１に配置されたブレーズド回折格子２０ａと取付け部材
２２とを有しており、本体１０１ａに着脱自在に取付け
られている。８は集光レンズ、９は光検出器である。１
４は演算手段であり、光検出器９からの信号を用いて移
動物体７の変位情報としての速度情報を演算し求めてい
る。
【００３６】本実施例では波長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によって直径２ｍｍφの平行光束３となり、透過
型の回折格子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θ1 で出射している。
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によって直径２ｍｍφの平行光束３となり、透過
型の回折格子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θ1 で出射している。
【００３７】図８は格子ピッチｄ′なる一般の透過型の
回折格子２０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに入射
角θ1 で入射させたときの回折例を示している。同図に
示すように＋１次光の回折角θ2 、−１次光の回折角θ
3 は次式のようになる。
回折格子２０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに入射
角θ1 で入射させたときの回折例を示している。同図に
示すように＋１次光の回折角θ2 、−１次光の回折角θ
3 は次式のようになる。
【００３８】
ｓｉｎθ2 ＝ｓｉｎθ1 ＋λ／ｄ′ ・・・・・・・・（６）
ｓｉｎθ3 ＝ｓｉｎθ1 −λ／ｄ′ ・・・・・・・・（７）
図１において回折格子１０で回折された光束５ａ，５ｂ
は焦点距離ｆの第１レンズ１１に入射し、図の様な光束
１３ａ，１３ｂとなり射出する。光束１３ａ，１３ｂは
距離２ｆ離れた第２レンズ１２に入射し、再び平行光と
なり光束の通過部分に設けたブレーズド回折格子２０ａ
に入射角θ1 で入射する。
は焦点距離ｆの第１レンズ１１に入射し、図の様な光束
１３ａ，１３ｂとなり射出する。光束１３ａ，１３ｂは
距離２ｆ離れた第２レンズ１２に入射し、再び平行光と
なり光束の通過部分に設けたブレーズド回折格子２０ａ
に入射角θ1 で入射する。
【００３９】図９は図１の回折格子２０ａに２つの光束
Ｉ１，Ｉ２が交差角２θ1 （入射角θ1 ）で入射したと
きの説明図である。
Ｉ１，Ｉ２が交差角２θ1 （入射角θ1 ）で入射したと
きの説明図である。
【００４０】一般に、波長λの平行なレーザー光束Ｉ
１，Ｉ２が交差角２θ1 （入射角θ1）で交差すると干
渉縞間隔Ｐ１は、 Ｐ１＝λ／２ｓｉｎθ1 ・・・・・・・・（８） となる。
１，Ｉ２が交差角２θ1 （入射角θ1）で交差すると干
渉縞間隔Ｐ１は、 Ｐ１＝λ／２ｓｉｎθ1 ・・・・・・・・（８） となる。
【００４１】本実施例ではレーザー光束Ｉ１，Ｉ２の光
路中に格子ピッチｄ′の回折格子２０ａを配置し、レー
ザー光束Ｉ１，Ｉ２を回折格子２０ａに入射角θ1 で入
射させている。図９（Ａ）では回折格子２０ａがそれぞ
れ＋１次光Ｉ３，Ｉ４を出射するブレーズド回折格子よ
り成っている場合を示している。このときの回折角θ2
は（６）式のようになる。また図９（Ｂ）では回折格子
２０ａがそれぞれ−１次光Ｉ５，Ｉ６を出射するブレー
ズド回折格子よりなる場合を示し、このとき回折角θ3
は（７）式のようになる。
路中に格子ピッチｄ′の回折格子２０ａを配置し、レー
ザー光束Ｉ１，Ｉ２を回折格子２０ａに入射角θ1 で入
射させている。図９（Ａ）では回折格子２０ａがそれぞ
れ＋１次光Ｉ３，Ｉ４を出射するブレーズド回折格子よ
り成っている場合を示している。このときの回折角θ2
は（６）式のようになる。また図９（Ｂ）では回折格子
２０ａがそれぞれ−１次光Ｉ５，Ｉ６を出射するブレー
ズド回折格子よりなる場合を示し、このとき回折角θ3
は（７）式のようになる。
【００４２】図９（Ａ）の光束Ｉ３，Ｉ４の交差部での
干渉縞Ｐ２は、 Ｐ２＝λ／２ｓｉｎθ2 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 ＋λ／ｄ′） ・・・・・・・・（９） 一方、図９（Ｂ）の光束Ｉ５，Ｉ６の交差部での干渉縞
Ｐ３は、 Ｐ３＝λ２ｓｉｎθ3 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 −λ／ｄ′） ・・・・・・・・（１０） となる。
干渉縞Ｐ２は、 Ｐ２＝λ／２ｓｉｎθ2 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 ＋λ／ｄ′） ・・・・・・・・（９） 一方、図９（Ｂ）の光束Ｉ５，Ｉ６の交差部での干渉縞
Ｐ３は、 Ｐ３＝λ２ｓｉｎθ3 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 −λ／ｄ′） ・・・・・・・・（１０） となる。
【００４３】本実施例では、回折格子２０ａの格子ピッ
チｄ′と回折格子２０ａのブレーズド方向を選択するこ
とにより、物体への光束の入射角及び２光束の交差角、
そしてそれにより干渉縞間隔を任意に変換している。
チｄ′と回折格子２０ａのブレーズド方向を選択するこ
とにより、物体への光束の入射角及び２光束の交差角、
そしてそれにより干渉縞間隔を任意に変換している。
【００４４】本実施例では図１に示すように、ブレーズ
ド回折格子２０ａからの＋１次光Ｉ３，Ｉ４を回折角θ
２ で出射させて移動物体７に光束が重なるように入射
させている。そして移動物体７からの散乱光をレンズ１
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９の検出面
９ａへと集光させている。そして前述の（５）式に示す
ドップラー信号が含有された光信号を検出している。
ド回折格子２０ａからの＋１次光Ｉ３，Ｉ４を回折角θ
２ で出射させて移動物体７に光束が重なるように入射
させている。そして移動物体７からの散乱光をレンズ１
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９の検出面
９ａへと集光させている。そして前述の（５）式に示す
ドップラー信号が含有された光信号を検出している。
【００４５】即ち、集光レンズ８は移動物体７の移動速
度Ｖに比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，
−Δｆを受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９
ａ上に集光している。このときドップラーシフトΔｆ，
−Δｆを受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干
渉する。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく
光量を検出する。即ち光検出器９は（５）式において移
動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（５）式より求めて
いる。
度Ｖに比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，
−Δｆを受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９
ａ上に集光している。このときドップラーシフトΔｆ，
−Δｆを受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干
渉する。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく
光量を検出する。即ち光検出器９は（５）式において移
動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（５）式より求めて
いる。
【００４６】ここで、元々の干渉縞間隔Ｐ１は（８）式
及び回折条件式から、 Ｐ１＝λ／２ｓｉｎθ1＝ｄ／２＝１．６μｍ であり、回折格子２０ａの格子ピッチｄ′＝ｄ＝３．２
μｍとすると、変換後の干渉縞間隔Ｐ２は（９）式よ
り、 Ｐ２＝λ／２ｓｉｎθ2 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 ＋λ／ｄ′） ＝λ／２（λ／ｄ＋λ／ｄ） ＝ｄ／４ となる。
及び回折条件式から、 Ｐ１＝λ／２ｓｉｎθ1＝ｄ／２＝１．６μｍ であり、回折格子２０ａの格子ピッチｄ′＝ｄ＝３．２
μｍとすると、変換後の干渉縞間隔Ｐ２は（９）式よ
り、 Ｐ２＝λ／２ｓｉｎθ2 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 ＋λ／ｄ′） ＝λ／２（λ／ｄ＋λ／ｄ） ＝ｄ／４ となる。
【００４７】このときのドップラー周波数Ｆは（５）式
から、 Ｆ＝Ｖ／０．８（ｋＨｚ） ・・・・・・・・（１１） へと変換される。
から、 Ｆ＝Ｖ／０．８（ｋＨｚ） ・・・・・・・・（１１） へと変換される。
【００４８】本実施例ではこのように移動物体７に対向
して、即ち速度計全面に回折格子を用いた干渉縞間隔可
変部材５０ａを着脱可能にとりつけて、かつ干渉縞間隔
可変部材として回折格子を用いることにより、容易に速
度に対応するドップラー周波数の比率を選択して広範囲
の速度測定を可能にしている。
して、即ち速度計全面に回折格子を用いた干渉縞間隔可
変部材５０ａを着脱可能にとりつけて、かつ干渉縞間隔
可変部材として回折格子を用いることにより、容易に速
度に対応するドップラー周波数の比率を選択して広範囲
の速度測定を可能にしている。
【００４９】尚、本実施例ではレーザー光の波長λが変
化したとき所定次数の回折光の回折角θも変化するが、
このとき前述の如く構成することによりｓｉｎθ2 ／λ
の値が一定となるようにしている。
化したとき所定次数の回折光の回折角θも変化するが、
このとき前述の如く構成することによりｓｉｎθ2 ／λ
の値が一定となるようにしている。
【００５０】そして２つの回折光Ｉ３，Ｉ４が移動物体
７面上でそのスポットが重なるように互いに交差するよ
うに入射している。
７面上でそのスポットが重なるように互いに交差するよ
うに入射している。
【００５１】また、本実施例ではレンズ群１１とレンズ
群１２の焦点距離ｆを略等しくし、又回折格子１０と移
動物体７とがレンズ群１１とレンズ群１２により等倍の
共役関係となるように構成している。
群１２の焦点距離ｆを略等しくし、又回折格子１０と移
動物体７とがレンズ群１１とレンズ群１２により等倍の
共役関係となるように構成している。
【００５２】図２は本発明の実施例２の光学系の要部概
略図である。本実施例では図１の実施例１に比べて、干
渉縞間隔可変部材５０ｂの回折格子２０ｂの格子ピッチ
及び回折格子２０ｂからの回折光の使用する次数が異な
っており、その他の構成は同じである。
略図である。本実施例では図１の実施例１に比べて、干
渉縞間隔可変部材５０ｂの回折格子２０ｂの格子ピッチ
及び回折格子２０ｂからの回折光の使用する次数が異な
っており、その他の構成は同じである。
【００５３】干渉縞間隔可変部材５０ｂは透明ガラス２
１に設けたブレーズド回折格子２０ｂと取付け部材２２
とを有している。ブレーズド回折格子２０ｂは光束通過
部分に配置され、図９（Ｂ）に示すような−１次光Ｉ
５，Ｉ６を回折角θ3 で出射する。
１に設けたブレーズド回折格子２０ｂと取付け部材２２
とを有している。ブレーズド回折格子２０ｂは光束通過
部分に配置され、図９（Ｂ）に示すような−１次光Ｉ
５，Ｉ６を回折角θ3 で出射する。
【００５４】ここで回折格子２０ｂの格子ピッチｄ′＝
２ｄ＝６．４μｍとすると、変換後の干渉縞間隔Ｐ３は
（１０）式より、 Ｐ３＝λ／２ｓｉｎθ3 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 −λ／ｄ′） ＝λ／２（λ／ｄ−λ／２ｄ） ＝ｄ このときのドップラー周波数Ｆは（５）式から、 Ｆ＝Ｖ／３．２（ｋＨｚ） ・・・・・・・・（１２） へと変換される。
２ｄ＝６．４μｍとすると、変換後の干渉縞間隔Ｐ３は
（１０）式より、 Ｐ３＝λ／２ｓｉｎθ3 ＝λ／２（ｓｉｎθ1 −λ／ｄ′） ＝λ／２（λ／ｄ−λ／２ｄ） ＝ｄ このときのドップラー周波数Ｆは（５）式から、 Ｆ＝Ｖ／３．２（ｋＨｚ） ・・・・・・・・（１２） へと変換される。
【００５５】以上のように、本実施例では干渉縞間隔可
変部材の回折格子を変えることにより、任意に干渉縞間
隔を設定している。このような干渉縞間隔可変部材は５
０ａと５０ｂの様に異なる間隔を生じるものを複数用意
して付け換えができるようにすれば望ましい。尚、上述
実施例においては干渉縞間隔がもともとレーザーの波長
依存性がない場合、変換後も波長依存性がない状態とな
る。
変部材の回折格子を変えることにより、任意に干渉縞間
隔を設定している。このような干渉縞間隔可変部材は５
０ａと５０ｂの様に異なる間隔を生じるものを複数用意
して付け換えができるようにすれば望ましい。尚、上述
実施例においては干渉縞間隔がもともとレーザーの波長
依存性がない場合、変換後も波長依存性がない状態とな
る。
【００５６】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、被測定物
体に対向させて回折格子を用いた干渉縞間隔可変部材を
速度計の本体に着脱自在に設けることにより、ドップラ
ー周波数の比率を容易に選択し、広範囲の速度情報を高
精度に検出することができる速度計を達成することがで
きる。
体に対向させて回折格子を用いた干渉縞間隔可変部材を
速度計の本体に着脱自在に設けることにより、ドップラ
ー周波数の比率を容易に選択し、広範囲の速度情報を高
精度に検出することができる速度計を達成することがで
きる。
【００５７】第２の本発明によれば、回折格子の脱着に
より前記移動物体への前記測定光束の入射角を変更する
入射角変更手段により、非常に簡単な構成で移動物体に
入射させる光束の入射角を容易に選択し、条件に応じて
適切な測定が行なえる装置を達成できる。
より前記移動物体への前記測定光束の入射角を変更する
入射角変更手段により、非常に簡単な構成で移動物体に
入射させる光束の入射角を容易に選択し、条件に応じて
適切な測定が行なえる装置を達成できる。
【００５８】第３の本発明によれば、回折格子の脱着に
より前記測定光束の交差角を変更する交差角変更手段に
より、非常に簡単な構成で移動物体に入射させる測定光
束の交差角を容易に選択し、条件に応じて適切な測定が
行なえる装置を達成できる。
より前記測定光束の交差角を変更する交差角変更手段に
より、非常に簡単な構成で移動物体に入射させる測定光
束の交差角を容易に選択し、条件に応じて適切な測定が
行なえる装置を達成できる。
【００５９】第４の本発明によれば、回折格子の脱着に
より前記干渉縞の縞間隔を変更する干渉縞間隔変更手段
により、非常に簡単な構成で発生させる干渉縞の間隔を
容易に選択し、広範囲の変位情報を高精度に測定するこ
とができる装置を達成できる。
より前記干渉縞の縞間隔を変更する干渉縞間隔変更手段
により、非常に簡単な構成で発生させる干渉縞の間隔を
容易に選択し、広範囲の変位情報を高精度に測定するこ
とができる装置を達成できる。
【００６０】さらには、波長λの変化に応じて入射角θ
が変化した時ｓｉｎθ／λが略一定と成るように各要素
を設定していることにより、回折格子の脱着いずれの場
合も検出手段からの信号が影響を受けないようにでき、
特に干渉縞を発生する場合にその干渉縞間隔が波長依存
性のないものとなり、より環境に安定的な高精度の速度
検出を可能とする。
が変化した時ｓｉｎθ／λが略一定と成るように各要素
を設定していることにより、回折格子の脱着いずれの場
合も検出手段からの信号が影響を受けないようにでき、
特に干渉縞を発生する場合にその干渉縞間隔が波長依存
性のないものとなり、より環境に安定的な高精度の速度
検出を可能とする。
【図１】 本発明の実施例１の光学系の要部概略図
【図２】 本発明の実施例２の光学系の要部概略図
【図３】 従来のドップラー速度計の概略図
【図４】 レーザーダイオードの発振波長の温度依存性
を示す説明図
を示す説明図
【図５】 回折格子で回折される各次数の回折光の説明
図
図
【図６】 Ｇ−ＬＤＶを用いたドップラー速度計の概略
図
図
【図７】 従来のドップラー速度計の要部概略図
【図８】 斜入射回折の説明図
【図９】 本発明の測定原理の説明図
１ レーザー
２ コリメーターレンズ
３ 平行光束
７ 移動物体
８ 集光レンズ
９ 光検出器
１０，２０ 回折格子
１１，１２ レンズ
１４ 演算手段
５０ａ 干渉縞間隔可変部材
─────────────────────────────────────────────────────
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 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
(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
(56)参考文献 特開 平２−262064（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−55940（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 5/00
G01S 17/58
G01P 3/36
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザー光を回折格子より成る干渉縞間
隔可変部材を介して所定の入射角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を検出手段で
検出し、該検出手段からの信号を用いて該移動物体の速
度情報を求めていることを特徴とする速度計。 - 【請求項２】 測定光束を所定の入射角で移動物体に入
射させる光照射手段と、該移動物体からの散乱光を検出
する検出手段とを有し、該検出手段からの信号を用いて
該移動物体の変位情報を求める変位情報測定装置におい
て、回折格子の脱着により前記移動物体への前記測定光
束の入射角を変更する入射角変更手段を有することを特
徴とする変位情報測定装置。 - 【請求項３】 複数の測定光束を所定の交差角で移動物
体に入射させる光照射手段と、該移動物体からの散乱光
を検出する検出手段とを有し、該検出手段からの信号を
用いて該移動物体の変位情報を求める変位情報測定装置
において、回折格子の脱着により前記測定光束の交差角
を変更する交差角変更手段を有することを特徴とする変
位情報測定装置。 - 【請求項４】 測定光束を移動物体に入射させて干渉縞
を発生させる光照射手段と、該移動物体からの散乱光を
検出する検出手段とを有し、該検出手段からの信号を用
いて該移動物体の変位情報を求める変位情報測定装置に
おいて、回折格子の脱着により前記干渉縞の縞間隔を変
更する干渉縞間隔変更手段を有することを特徴とする変
位情報測定装置。 - 【請求項５】 前記光の波長をλ、該光の移動物体への
入射角をθとし、波長λの変化に応じて入射角θが変化
したときｓｉｎθ／λが略一定となるように各要素を設
定していることを特徴とする請求項１乃至４の速度計又
は変位情報測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3921094A JP3397429B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 速度計及び変位情報測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3921094A JP3397429B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 速度計及び変位情報測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07225237A JPH07225237A (ja) | 1995-08-22 |
| JP3397429B2 true JP3397429B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=12546783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3921094A Expired - Fee Related JP3397429B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 速度計及び変位情報測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3397429B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2368043B1 (es) * | 2008-04-29 | 2012-10-15 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas | Acoplador de red de difracción y sistema y procedimiento para la caracterización de un especimen mediante su acoplamiento lumínico a éste. |
| CN114594278B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-07-28 | 南京信息工程大学 | 一种基于莫尔测量技术反演风速的方法及系统 |
-
1994
- 1994-02-14 JP JP3921094A patent/JP3397429B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07225237A (ja) | 1995-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2962819B2 (ja) | 変位測定装置 | |
| JP2899165B2 (ja) | ドップラー速度計及び変位情報検出装置 | |
| JP2801360B2 (ja) | ドツプラ速度計 | |
| JP3082533B2 (ja) | レーザードップラー速度計 | |
| US5774218A (en) | Laser Doppler velocimeter with electro-optical crystal | |
| JP3548275B2 (ja) | 変位情報測定装置 | |
| US6034761A (en) | Displacement information measuring apparatus | |
| JPH02262064A (ja) | レーザードップラー速度計 | |
| JP3397429B2 (ja) | 速度計及び変位情報測定装置 | |
| JPH02206745A (ja) | 屈折率測定用高安定性干渉計 | |
| JP2924301B2 (ja) | 速度計 | |
| US5272512A (en) | Displacement information detection apparatus | |
| JPH0425791A (ja) | ドップラー速度計 | |
| JP2000002510A (ja) | 変位情報測定装置 | |
| JPH07229913A (ja) | 速度計 | |
| EP0476677B1 (en) | Displacement information detection apparatus | |
| JP2940072B2 (ja) | ドップラー速度計 | |
| JPH0425787A (ja) | ドップラー速度計 | |
| US5256885A (en) | Doppler velocimeter having a diffraction grating and dual lens groups with identical focal distances | |
| EP0458274B1 (en) | Apparatus and method for detecting an information of the displacement of an object. | |
| JP4093947B2 (ja) | 速度計、変位計、振動計および電子機器 | |
| JPH0566226A (ja) | 変位情報検出装置及び速度計 | |
| JPH03229155A (ja) | レーザードップラー速度計 | |
| JP2911523B2 (ja) | レーザードップラー速度計 | |
| JPH0427869A (ja) | ドップラー速度計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080214 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090214 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100214 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100214 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110214 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120214 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130214 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |