JP3423396B2 - 速度計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は速度計に関し、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関するものである。
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関するものである。
【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
の移動速度を測定している。
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
の移動速度を測定している。
【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）を測定して移動物体７の移動速度Ｖ
を求めている。
ー周波数」と呼ぶ）を測定して移動物体７の移動速度Ｖ
を求めている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般にレーザードップ
ラー速度計において、光検出器で得られる速度に比例し
た検出信号は散乱光に基づくものであるために出力信号
レベルが低く、またノイズの重畳によりＳ／Ｎ比が悪く
なる傾向がある。また移動物体の表面状態により反射率
や散乱状態が異なり信号レベルが変動するため、測定中
にドップラー信号がとぎれる所謂“ドロップアウト”が
生じるという問題点があった。
ラー速度計において、光検出器で得られる速度に比例し
た検出信号は散乱光に基づくものであるために出力信号
レベルが低く、またノイズの重畳によりＳ／Ｎ比が悪く
なる傾向がある。また移動物体の表面状態により反射率
や散乱状態が異なり信号レベルが変動するため、測定中
にドップラー信号がとぎれる所謂“ドロップアウト”が
生じるという問題点があった。
【０００８】従来より、このようなドロップアウトの処
理方法としては、例えばバンドパスフィルター（ＢＰ
Ｆ）でＳ／Ｎ比を改善し、フェーズロックドループ（Ｐ
ＬＬ）で連続信号とする方法等が用いられている。しか
しながらドロップアウトが多く生じると、どうしてもそ
れに伴なう測定精度が低下してくるという問題点があっ
た。
理方法としては、例えばバンドパスフィルター（ＢＰ
Ｆ）でＳ／Ｎ比を改善し、フェーズロックドループ（Ｐ
ＬＬ）で連続信号とする方法等が用いられている。しか
しながらドロップアウトが多く生じると、どうしてもそ
れに伴なう測定精度が低下してくるという問題点があっ
た。
【０００９】本発明は移動物体の同一領域からの散乱光
を異なる複数の方向から複数の光検出部を用いて各々検
出し、これらの複数の光検出部からの信号を利用するこ
とにより、ドロップアウトの低減を図り、移動物体の速
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。
を異なる複数の方向から複数の光検出部を用いて各々検
出し、これらの複数の光検出部からの信号を利用するこ
とにより、ドロップアウトの低減を図り、移動物体の速
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の速度計
は、光源手段からの光束を移動物体に入射させ、該移動
物体からの散乱光の周波数の偏移に基づく光束を検出手
段で検出し、該検出手段からの信号を用いて該移動物体
の速度情報を検出する速度計において、該検出手段は該
移動物体の同一領域からの散乱光を異なる複数の方向か
ら検出する複数の光検出部と 該複数の光検出部からの信
号のうち１つの信号を選択し切り換える選択切換手段
と、を有し、該選択切り換え手段により選択された信号
を用いて該移動物体の速度情報を求めることを特徴とし
ている。
は、光源手段からの光束を移動物体に入射させ、該移動
物体からの散乱光の周波数の偏移に基づく光束を検出手
段で検出し、該検出手段からの信号を用いて該移動物体
の速度情報を検出する速度計において、該検出手段は該
移動物体の同一領域からの散乱光を異なる複数の方向か
ら検出する複数の光検出部と 該複数の光検出部からの信
号のうち１つの信号を選択し切り換える選択切換手段
と、を有し、該選択切り換え手段により選択された信号
を用いて該移動物体の速度情報を求めることを特徴とし
ている。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て前記複数の光検出部からの信号のうち最も振幅の大き
い信号を求めるための振幅比較器を有し、該振幅比較器
からの信号に基づいて該複数の光検出部からの信号のう
ち１つの信号を選択することを特徴としている。
て前記複数の光検出部からの信号のうち最も振幅の大き
い信号を求めるための振幅比較器を有し、該振幅比較器
からの信号に基づいて該複数の光検出部からの信号のう
ち１つの信号を選択することを特徴としている。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。
る。
【００１３】同図においてレーザー（光源手段）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６
ａ，６ｂで反射されたのち、速度Ｖで移動している移動
物体７の領域１０に異った方向から入射角θで二光束照
射している。
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６
ａ，６ｂで反射されたのち、速度Ｖで移動している移動
物体７の領域１０に異った方向から入射角θで二光束照
射している。
【００１４】そして移動物体７の領域１０から生ずる散
乱光を複数の異なる方向に配置した複数の光検出器１２
ａ，１２ｂ（本実施例では光検出器が２つの場合を示し
たが２つ以上あっても良い。）で検出している。ここで
光検出器１２ａ，１２ｂは各々光検出部を構成し、各光
検出部は検出手段１２の一要素を構成している。
乱光を複数の異なる方向に配置した複数の光検出器１２
ａ，１２ｂ（本実施例では光検出器が２つの場合を示し
たが２つ以上あっても良い。）で検出している。ここで
光検出器１２ａ，１２ｂは各々光検出部を構成し、各光
検出部は検出手段１２の一要素を構成している。
【００１５】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は前述（１）で表わされる。＋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１２ａ，１２ｂの受光面での明暗の
変化をもたらし、その周波数Ｆは前述の（２）式とな
る。
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は前述（１）で表わされる。＋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１２ａ，１２ｂの受光面での明暗の
変化をもたらし、その周波数Ｆは前述の（２）式とな
る。
【００１６】本実施例では光検出器１２ａ，１２ｂから
の出力信号Ｓ１，Ｓ２の振幅を振幅比較器１３により比
較し、振幅が大きい方の信号Ｓａを検出し、その旨の信
号を選択切換手段１４に入力している。選択切換手段１
４では、振幅比較器１３からの信号に基づいて振幅の大
きい方の信号を選択してバンドパスフィルター１５に入
力している。バンドパスフィルター１５では信号のＳ／
Ｎ比を改善し、フェーズロックドループ１６に入力して
いる。
の出力信号Ｓ１，Ｓ２の振幅を振幅比較器１３により比
較し、振幅が大きい方の信号Ｓａを検出し、その旨の信
号を選択切換手段１４に入力している。選択切換手段１
４では、振幅比較器１３からの信号に基づいて振幅の大
きい方の信号を選択してバンドパスフィルター１５に入
力している。バンドパスフィルター１５では信号のＳ／
Ｎ比を改善し、フェーズロックドループ１６に入力して
いる。
【００１７】フェーズロックドループ１６では入力され
てきた信号を連続信号として演算手段１９に入力してい
る。演算手段１９では入力されてきた信号を用いて、ド
ップラー周波数Ｆを測定し、これより（２）式に基づい
て移動物体７の移動速度Ｖを求めている。
てきた信号を連続信号として演算手段１９に入力してい
る。演算手段１９では入力されてきた信号を用いて、ド
ップラー周波数Ｆを測定し、これより（２）式に基づい
て移動物体７の移動速度Ｖを求めている。
【００１８】本実施例では移動物体７の同一領域１０か
らの散乱光のうち複数の方向に散乱される散乱光を各々
複数の光検出器１２ａ，１２ｂを用いて検出している。
そして複数の光検出器からの信号のうち振幅の大きい信
号を選択し、該信号を用いて演算手段１９により移動物
体の速度情報を求めるようにしている。これによりドロ
ップアウトの頻度を少なくしている。
らの散乱光のうち複数の方向に散乱される散乱光を各々
複数の光検出器１２ａ，１２ｂを用いて検出している。
そして複数の光検出器からの信号のうち振幅の大きい信
号を選択し、該信号を用いて演算手段１９により移動物
体の速度情報を求めるようにしている。これによりドロ
ップアウトの頻度を少なくしている。
【００１９】尚、本実施例において、通常は一方の信
号、例えば光検出器１２ａからの信号Ｓ１を用いてドロ
ップアウトがあったときには、選択切換手段１４で信号
の選択を切り換えて光検出器１２ｂからの信号Ｓ２を用
いるようにしても良い。
号、例えば光検出器１２ａからの信号Ｓ１を用いてドロ
ップアウトがあったときには、選択切換手段１４で信号
の選択を切り換えて光検出器１２ｂからの信号Ｓ２を用
いるようにしても良い。
【００２０】次に本実施例１において、ドロップアウト
が少なくなる理由について説明する。
が少なくなる理由について説明する。
【００２１】図４は本実施例において移動物体７の２光
束照射した領域１０に生じるスペックルパターン観測の
構成図である。
束照射した領域１０に生じるスペックルパターン観測の
構成図である。
【００２２】領域１０ａは被測定物７に照射された２光
束のスポットである。ＣＣＤカメラ１１で撮像した領域
１０ａのスペックルパターンを図５に示す。
束のスポットである。ＣＣＤカメラ１１で撮像した領域
１０ａのスペックルパターンを図５に示す。
【００２３】移動物体７が図４の矢印７ａ方向に移動す
ると、図５のスペックルパターンの明暗強度が移動距離
λ／２sin θを周期として変調される。ここでドロップ
アウトとはスペックルパターンの明暗分布が略同一のと
きにトータルの光強度のビート信号振幅が小さくなる現
象である。
ると、図５のスペックルパターンの明暗強度が移動距離
λ／２sin θを周期として変調される。ここでドロップ
アウトとはスペックルパターンの明暗分布が略同一のと
きにトータルの光強度のビート信号振幅が小さくなる現
象である。
【００２４】本実施例では図５の領域ａ，ｂに相当する
位置にそれぞれ光検出器を配置している。図５の領域
ａ，ｂではそれぞれ独立したスペックルパターンとなっ
ているので、同時にスペックルパターンの明暗分布が略
同一になる確率は非常に少なくなっており、信号位相も
異なっている。
位置にそれぞれ光検出器を配置している。図５の領域
ａ，ｂではそれぞれ独立したスペックルパターンとなっ
ているので、同時にスペックルパターンの明暗分布が略
同一になる確率は非常に少なくなっており、信号位相も
異なっている。
【００２５】本実施例ではこのように領域ａ，ｂにおけ
るスペックルパターンを２つの光検出器で検出するよう
に各要素を設定することにより、複数の光検出器で同時
にドロップアウトが起こる確率が非常に小さくしてい
る。そしてドロップアウトでない光検出器の方を選択す
ることにより、移動物体の速度情報を高精度に検出して
いる。
るスペックルパターンを２つの光検出器で検出するよう
に各要素を設定することにより、複数の光検出器で同時
にドロップアウトが起こる確率が非常に小さくしてい
る。そしてドロップアウトでない光検出器の方を選択す
ることにより、移動物体の速度情報を高精度に検出して
いる。
【００２６】図２は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。
る。
【００２７】本実施例は図１の実施例１に比べて、集光
レンズ１８ａ（１８ｂ）と光検出器１７ａ（１７ｂ）よ
りなる光検出部を複数個用いて、移動物体７の領域１０
ａからの散乱光のうち複数の方向に散乱される散乱光を
検出している点が異なっており、その他の構成は同じで
ある。
レンズ１８ａ（１８ｂ）と光検出器１７ａ（１７ｂ）よ
りなる光検出部を複数個用いて、移動物体７の領域１０
ａからの散乱光のうち複数の方向に散乱される散乱光を
検出している点が異なっており、その他の構成は同じで
ある。
【００２８】本実施例では、集光レンズ１８ａ（１８
ｂ）により領域１０ａと光検出器１７ａ（１７ｂ）の検
出面とが略共役関係となるようにしている。そして集光
レンズ１８ａ（１８ｂ）面上のスペックルパターンの明
暗の総和を光検出器１７ａ（１７ｂ）に導光し、これよ
り集光効率を向上させている。この他、信号の処理方法
や演算方法は図１の実施例１と同じである。
ｂ）により領域１０ａと光検出器１７ａ（１７ｂ）の検
出面とが略共役関係となるようにしている。そして集光
レンズ１８ａ（１８ｂ）面上のスペックルパターンの明
暗の総和を光検出器１７ａ（１７ｂ）に導光し、これよ
り集光効率を向上させている。この他、信号の処理方法
や演算方法は図１の実施例１と同じである。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、移動物体
の同一領域からの散乱光を異なる複数の方向から複数の
光検出部を用いて各々検出し、これらの複数の光検出部
からの信号を利用することにより、ドロップアウトの低
減を図り、移動物体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。
の同一領域からの散乱光を異なる複数の方向から複数の
光検出部を用いて各々検出し、これらの複数の光検出部
からの信号を利用することにより、ドロップアウトの低
減を図り、移動物体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。
【００３０】特に前述の請求項１により、信号レベル又
は信号位相の異なるドップラー信号を複数検出すること
ができる。又、請求項２により、請求項１により得られ
た異なる信号レベルのドップラー信号のうち信号レベル
の高い信号を選択可能にすることにより、ドロップアウ
トの確立を非常に小さくする効果がある。又、請求項３
により、ドロップアウトの確率が小さいドップラー信号
を速度情報として求めることにより、高精度の速度計を
達成することができる等の特徴を有している。
は信号位相の異なるドップラー信号を複数検出すること
ができる。又、請求項２により、請求項１により得られ
た異なる信号レベルのドップラー信号のうち信号レベル
の高い信号を選択可能にすることにより、ドロップアウ
トの確立を非常に小さくする効果がある。又、請求項３
により、ドロップアウトの確率が小さいドップラー信号
を速度情報として求めることにより、高精度の速度計を
達成することができる等の特徴を有している。
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 本発明の実施例２の要部概略図
【図３】 従来のドップラー速度計の要部概略図
【図４】 図１の移動物体面上のスペックル観測の説明
図
図
【図５】 図１の移動物体面上のスペックルの説明図
１ 光源手段
２ コリメーターレンズ
４ ビープスプリッター
６ａ，６ｂ ミラー
７ 移動物体
１２ 光検出部
１３ 振幅比較器
１４ 選択切換手段
１５ バンドパスフィルター
１６ フェーズロックドループ
１７ 光検出器
１８ 集光レンズ
１９ 演算手段
Claims (2)
- 【請求項１】 光源手段からの光束を移動物体に入射さ
せ、該移動物体からの散乱光の周波数の偏移に基づく光
束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検出する速度計において、 該検出手段は該移動物体の同一領域からの散乱光を異な
る複数の方向から検出する複数の光検出部と 該複数の光
検出部からの信号のうち１つの信号を選択し切り換える
選択切換手段と、を有し、 該選択切り換え手段により選択された信号を用いて該移
動物体の速度情報を求める ことを特徴とする速度計。 - 【請求項２】 前記複数の光検出部からの信号のうち最
も振幅の大きい信号を求めるための振幅比較器を有し、
該振幅比較器からの信号に基づいて該複数の光検出部か
らの信号のうち１つの信号を選択することを特徴とする
請求項１の速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3928994A JP3423396B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3928994A JP3423396B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229911A JPH07229911A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3423396B2 true JP3423396B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=12549002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3928994A Expired - Fee Related JP3423396B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3423396B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009222684A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-01 | Canon Inc | 速度計 |
| JP2010175493A (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | Canon Inc | レーザードップラー速度計 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009222530A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Canon Inc | 速度計 |
| JP2019211237A (ja) | 2018-05-31 | 2019-12-12 | キヤノン株式会社 | 計測器、及び加工装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0425791A (ja) * | 1990-05-21 | 1992-01-29 | Canon Inc | ドップラー速度計 |
| JPH05188010A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-07-27 | Nippon Steel Corp | 表面検査装置 |
-
1994
- 1994-02-15 JP JP3928994A patent/JP3423396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009222684A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-01 | Canon Inc | 速度計 |
| US7834986B2 (en) | 2008-03-19 | 2010-11-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Velocimeter |
| JP2010175493A (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | Canon Inc | レーザードップラー速度計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07229911A (ja) | 1995-08-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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