JP3492012B2 - 変位情報検出装置 - Google Patents

変位情報検出装置

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JP3492012B2
JP3492012B2 JP07809095A JP7809095A JP3492012B2 JP 3492012 B2 JP3492012 B2 JP 3492012B2 JP 07809095 A JP07809095 A JP 07809095A JP 7809095 A JP7809095 A JP 7809095A JP 3492012 B2 JP3492012 B2 JP 3492012B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報検出装置に関
し、特に移動する物体や流体(以下「移動物体」と称す
る)等の移動速度、移動距離等の変位情報を非接触且つ
高精度で測定する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、移動物体の変位情報を非接触
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(LDV)やレーザーエンコーダー(光学式変位
計測装置)が使用されている。レーザードップラー速度
計では、移動物体にレーザー光を照射し、移動物体によ
る散乱光の周波数が、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10は従来のレーザードップラー速度計
の要部概略図である。図中、1はレーザーダイオード、
2はコリメーターレンズ、4はビームスプリッター、6
a,6b,6c,6dはミラー、7は被測定物(移動物
体)であり、速度Vで矢印方向に移動している。8は集
光レンズ、9は光検出器である。
【0004】この従来例の作用を説明する。レーザーダ
イオード1から出射したレーザー光は、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2つの光束5a及び5bに分割されて、夫々
ミラー6a,6c及びミラー6b,6dで反射された
後、移動物体7を入射角θで2光束照射する。
【0005】移動物体7の2光束照射された部分からの
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。
【0006】2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、ドップラー
シフトΔfは次式で表せる: 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、その明暗の周波数Fは次式で与えられる: F=2・Δf=2・V・sin(θ) /λ (2) 従って光検出器9が検出する信号の周波数F(以後ドッ
プラー周波数と呼ぶ)を測定すれば式(2)から被測定
物7の速度Vが求められる。以上が従来のレーザードッ
プラー速度計の作用である。
【0007】一般にレーザー等の可干渉性の高い光を物
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が形成される。
【0008】レーザードップラー速度計においては、移
動物体が移動すると光検出器9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ることになる。
【0009】又、光検出器9に入射する散乱光は被測定
物7の透過率(或は反射率)の変化によっても変調を受
ける。
【0010】前記従来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7の透過率(或は反射率)の変化
の周波数は式(2)で示されるドップラー周波数Fに比
べて低周波であるため、光検出器9からの出力をハイパ
スフィルターに通すことによってこれらの低周波成分を
電気的に除去し、ドップラー信号Fのみを取り出す方法
がよく用いられている。
【0011】しかし、被測定物7の速度Vが遅くてドッ
プラー周波数Fが低い場合では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7の速度Vが測定できないという問題が生じる。又、
前記従来のレーザードップラー速度計では速度の方向は
原理的に検出できない。
【0012】レーザードップラー速度計において、電気
光学結晶の平板(以後「電気光学素子」と略称する)を
使用した周波数シフターを2光束の光路に設置し、2光
束間に周波数差を与えて移動物体の移動方向及び0に近
い速度をも精度良く検出する方法がFoord 達により発表
されている(Appl. Phys.,Vol.7,1974,136〜139) 。
【0013】図11はその原理を利用したレーザードッ
プラー速度計の要部概略図である。同図において周波数
シフター100は電気光学素子10a,10bとその駆
動回路30等から構成されている。
【0014】このレーザードップラー速度計の作用につ
いて説明する。光源1からの平行光はビームスプリッタ
ー4により2光束5a,5bに分離し、夫々の光束はミ
ラー6a,6bを介して電気光学素子10a,10bを
透過する。その際電気光学素子10aは駆動回路30に
より電圧振幅が光位相2πに相当する鋸歯波電圧駆動
(セロダイン駆動)を受けて、光束5aに周波数シフト
を与える。同様に光束5bも電気光学素子10bの鋸歯
波電圧駆動により周波数シフトを受ける。夫々周波数シ
フトを受けた2光束はレンズ15により偏向され、移動
物体7を照射角θで2光束照射する。移動物体7の2光
束照射された部分からの散乱光は不図示の集光レンズを
介して不図示の光検出器で検出される。
【0015】この構成は主に流速計として利用される形
態で、被測定物体の静止状態から速度の方向も含めて測
定を可能としている。
【0016】図12は図10の従来のレーザードップラ
ー速度計に電気光学素子による周波数シフターを適用し
た場合の要部概略図である。
【0017】この場合、ドップラー周波数Fは2光束に
与えられた周波数差fRにより次式のようになる:
【0018】
【数1】 よって、被測定物7の速度Vが遅い場合でも、周波数差
fRを適当な値に設定すれば、前記のスペックルパターン
の流れや被測定物の透過率(或は反射率)の変化に起因
する低周波成分との周波数差は充分に取ることができ、
低周波成分を電気的に除去して所望のドップラー信号の
みを取り出すことにより移動物体7の速さを0から、又
その速度の方向も測定可能となる。
【0019】以上は従来のレーザードップラー速度計へ
周波数シフターを適用した例を示したが、エンコーダに
おいても周波数シフターを通過した光束によって被測定
物であるスケール(回折格子)の変位情報を検出すれ
ば、エンコーダの分解能を上げることが出来るので、レ
ーザードップラー速度計同様に付加価値技術として有効
である。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】レーザードップラー速
度計は被測定物を選ばない測定器であるが、被測定物の
拡散反射率が低い場合には光検出器に入射する光量が少
なくなり、出力信号が低くなる。この場合にも高い精度
を維持する為にはドップラー信号の S/N比を高めること
が望ましい。
【0021】その為には先ず、光源が放射する光量をよ
り多く利用し、移動物体の照射に際してその照度を高め
ることが有効である。具体的にはコリメーターレンズの
NAを大きくして光源から多くの光量を取り込むことが有
効である。
【0022】一方、周波数シフターの電気光学素子を駆
動する際には、2光束間に2πの位相差を与える電圧で
もってセロダイン駆動を行わなければならないが、その
電圧は電気光学素子の厚さに比例する。そしてコリメー
ターレンズのNAを大きくすれば、分割された平行2光束
の直径は大きくなり易く、その場合は電気光学素子の厚
さが厚くなり、高電圧の駆動回路を構成しなければなら
なくなり、駆動回路が複雑で高価なものとなる問題が生
じる。
【0023】そして従来のレーザードップラー速度計に
おいて電気光学素子の厚さを薄くすれば、光束が蹴られ
易くなり、従って光源の利用光量を小さくして光束の断
面面積を縮小せざるを得ず、結局多くの光量を利用出来
なくなり、検出出力が低下した。
【0024】又、レーザードップラー速度計は光検出器
上に生じる多数のスペックルの変調を電気信号化してい
るが、これは様々な位相を持ち明滅するスペックルの光
電信号の総和である。従って光検出上に生じるスペック
ルを大きくして、その数を少なくすれば、信号の平均化
作用は減り、ドップラー信号レベルは大きくなり、信号
のS/N 比は向上する。
【0025】光検出器上に生じるスペックルの径は移動
物体を照射するビームの径と関係がある。これについて
説明する。図13はレーザーの照明ビームの径とスペッ
クルパターンの径の説明図である。光検出器上に生じる
スペックルの平均径Dは一般に次式で与えられる: D=1.22λ・L/φ ここにLは照明物体から光検出器までの距離であり、φ
は移動物体上へのレーザー光の照射ビーム径である。
【0026】この式よりスペックル径Dを大きくしてド
ップラー信号レベルを大きくする為には、照射ビーム径
を小さくしなければならないことが判る。
【0027】又、被測定物によってはスペックルの観点
からは不利であるが照射ビームの径を太くしなければな
らない場合がある。図14は照射ビーム径と移動物体の
位置ズレ許容量の関係説明図である。図示するように照
射ビーム径を太くすれば位置ズレ許容量は大きくなる。
従って移動物体がバタツキの多いものである場合は、太
いビームを照射してレーザー照射方向への位置ズレ許容
値を大きくする必要がある。
【0028】本発明は以上の各要求を満たす変位情報検
出装置を得ることを目的としている。特に、電気光学素
子の厚さを従来のものより薄くして、電気光学素子の駆
動回路を簡易なものとしながら、従来のものより高感
度、高精度の速度情報が得られる変位情報検出装置の提
供を目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の変位情
報検出装置は、光源からの光束を光分割手段で2分割
し、光学手段を介して移動物体に交差して照射し、
動物体からの散乱光のドップラーシフト量を計測するこ
とにより該移動物体の移動速度を計測する変位情報検出
装置において、 前記2分割された2光束の主光線が存在
する平面上で、該2つの主光線から略等距離にある直線
をX軸、該平面上でX軸と直交する方向をY軸方向、該
平面の垂線方向をZ軸方向とするとき、前記2分割され
た光束をZ軸方向に縮小し、Z方向に薄くする光束縮小
手段と、 前記光束縮小手段から射出された光束を入射さ
れ、周波数シフトさせる電気光学素子と、を有すること
を特徴としている。
【0030】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記光束縮小手段はX−Z面内にて正の屈折力を有
するシリンドリカルレンズX−Z面内にて負の屈折力
を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴とし
ている。請求項3の発明は、請求項1の発明において、
前記電気光学素子の入射面はX−Z面内のみに屈折力を
有するシリンドリカル面で構成され、前記光束縮小手段
はX−Z面内において正の屈折力を有する正シリンドリ
カルレンズであって、前記2光束は該正シリンドリカル
レンズを通過した後、前記電気光学素子の入射面によっ
てX−Z面内において夫々略平行な光束となることを特
徴としている。請求項4の発明は、請求項1の発明にお
いて、前記光束縮小手段は球面より成る第1の正レンズ
であり、前記2光束は該第1の正レンズを通過した後、
X−Z面内で負の屈折力を有する第1のシリンドリカル
レンズによってX−Z面内で夫々略平行光束となり、前
記電気光学素子の平面より成る入射面へ入射することを
特徴としている。請求項5の発明は、請求項1の発明に
おいて、前記電気光学素子の入射面はX−Z面内で負の
屈折力を有するシリンドリカル面で構成され、前記光束
縮小手段は球面より成る第1の正レンズであり、前記2
光束は該第1の正レンズを通過した後、該電気光学素子
の入射面によってX−Z面内において夫々略平行な光束
となることを特徴としている。請求項6の発明は、請求
項4又は5の発明において、球面より成る第2の正レン
ズを有し、該第2の正レンズは前記電気光学素子より射
出する2光束を夫々屈折させ、X−Y面内では平行光束
で、X−Z面内では前記移動物体近傍に略結像する光束
で該移動物体を照射することを特徴としている。請求項
7の発明は、請求項4又は5の発明において、X−Z面
内のみに屈折力を有する第2のシリンドリカルレンズ
と、球面より成る第2の正レンズを有し、前記電気光学
素子より射出する2光束は該第2のシリンドリカルレン
ズによって夫々X−Z面内で発散する光束となり、球面
より成る第2の正レンズによって夫々屈折して、X−Y
面内では平行光束で、X−Z面内では所定の拡がりを有
する光束として前記移動物体を照射することを特徴とし
ている。請求項8の発明は、請求項4又は5の発明にお
いて、前記電気光学素子の射出面はX−Z面内のみに屈
折力を有するシリンドリカル面であり、前記2光束は該
射出面によってX−Z面内で発散する光束として出射
し、球面より成る第2の正レンズによって夫々屈折して
X−Y面内では平行光束で、X−Z面内では所定の拡が
りを有する光束として前記移動物体を照射することを特
徴としている。
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【実施例】図1は、本発明の実施例1の要部概略図であ
る。図1(A)は平面図であり、図1(B)は側面図の
一部である。
【0036】図中、1は光源(光源手段)であり、レー
ザーダイオードより構成している。2はコリメーターレ
ンズであり、光源1からの発散光束を平行光束3に変換
している。4はビームスプリッター(光分割手段、光分
割部材))であり、平行光束3を2つの平行光束5a,
5bに分割している。6a〜6dはミラーである。11
a,11bは夫々凸(正)シリンドリカルレンズ、12
a,12bは夫々凹(負)シリンドリカルレンズであ
る。
【0037】なお、本実施例で2光束5a,5bの2つ
の主光線(光束の中心光線)がある平面をX−Y平面と
し、この平面上で該2つの主光線から略等距離にある直
線をX軸、該平面上でX軸と直交する方向をY軸方向、
該平面の垂線方向をZ軸方向とするXYZ座標を設定す
る。
【0038】本実施例のシリンドリカルレンズはいずれ
もその母線をX−Y平面上にY軸に平行に配置してい
る。
【0039】10a,10bは夫々入射面及び射出面が
平面で断面がY方向に長辺を有する長方形の電気光学素
子であり、駆動回路30と共に周波数シフター101を
構成している。、7は移動物体(被測定物)であり、速
度Vで矢印方向へ移動している。8は集光レンズ、9は
光検出器(検出手段)である。
【0040】なお、ミラー6a〜6d、凸シリンドリカ
ルレンズ11a,11b、凹シリンドリカルレンズ12
a,12b、電気光学素子10a,10b、等は光学手
段の一要素を構成している。
【0041】まず本実施例の周波数シフター101の構
成及び作用について説明する。図2は周波数シフターの
説明図である。図中、10は電気光学結晶LiNb03の平板
で構成する電気光学素子である。31a,31bは電気
光学素子10につけた電極である。
【0042】電気光学結晶とは印加する電界により媒体
の屈折率が変化するもので、例えば、三方晶系3mのLiNb
03やLiTa03、正方晶系42m の(NH4)H2PO4(ADP) 、KH2PO4
(KDP) 等がある。以下にLiNb03を例にとり説明する。
【0043】LiNb03(3m)の屈折率楕円体は次式で表さ
れる:
【0044】
【数2】 図2に示すようにZ軸に電界を印加し(E3≠0、E1=E2
=0)、X軸に光の伝搬方向を選ぶと、X=0断面内の
屈折率楕円体は次式で表される:
【0045】
【数3】 ここで、γはポッケルス定数、No、Neはそれぞれ常光
線、異常光線の屈折率である。ne 3 γ33E3≪1より、
(4)式は次の様に簡易化される:
【0046】
【数4】 Z軸に光束Iの偏光方向を選ぶと、電界による屈折率 N
(E3)はZのみに着目すればよく、
【0047】
【数5】 となる。LiNb03の厚みをdとすると電圧 V=E3dであ
り、長さa のLiNb03透過後の電圧の違いに対する光の位
相差Г(V) は、光束Iの波長をλとすると次式で表され
る:
【0048】
【数6】 よって単位時間あたりの変化電圧Vを一定にすると、Li
Nb03透過後の光は単位時間あたりの位相変化量が一定と
なる。つまり、周波数シフターとなる。
【0049】現実には、電圧を常に一定に変化させると
電圧が無限大になるために、図3に示す様な鋸歯波(セ
ロダイン)駆動を行う。その際、立ち下がり部で光位相
が非連続にならない様に一つの電圧振幅が光位相2πに
相当する値で駆動させる。
【0050】例えば、光束Iの波長λ=780nm ,LiNb03
の電気光学素子の厚さd=1mm 、長さa=20mmとすると
電圧振幅が光位相2πに相当する値はV=230Vとなり、
セロダイン周波数=fRとすると、光束IはfRだけ周波数
シフトする。
【0051】以上が本実施例の周波数シフターの作用で
ある。
【0052】次に本実施例の作用を説明する。図1にお
いてレーザーダイオード1から出射したレーザー光は、
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によって光束5aと光束5bに分割す
る。
【0053】光束5a(5b)はミラー6a、(6b)
で反射したのち、共にZ軸方向に偏光方向を持つ光束で
凸(正)シリンドリカルレンズ11a(11b)と凹
(負)シリンドリカルレンズ12a(12b)を通過す
る。この時光束は凸シリンドリカルレンズ11a(11
b)によってZ方向のみに屈折作用を受け、Z方向の直
径は縮小する。そして凹シリンドリカルレンズ12a
(12b)によって光束はZ方向に光束径が圧縮された
扁平な略平行な光束5c(5d)となって電気光学素子
10a(10b)に入射する。
【0054】2つの光束5c,5dは夫々電気光学素子
10a、10bを通過する際に周波数シフトを受け、電
気光学素子10a、10bを出射した光束はミラー6
c,6dで反射されて、移動物体7を入射角θで2光束
照射する。そして移動物体7の2光束照射された部分か
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。
【0055】なお、凸シリンドリカルレンズ11a(1
1b)は光束5a(5b)のZ方向の直径を縮小して電
気光学素子10a(10b)に入射させる光束縮小手段
の一要素を構成している。
【0056】また、凸シリンドリカルレンズ11a,1
1b及び凹シリンドリカルレンズ12a,12bは移動
物体の移動方向(Y方向)とそれと直交する方向(Z方
向)とで屈折力の異なる光学部材である。
【0057】式(7)から判るようにLiNb03の厚さdを
1/n に出来れば、セロダイン駆動する電圧Vを1/n とし
ても同量の光の位相差Γ(V) が得られることになり、電
気光学素子10a,10bへの印加電圧は低電圧で済
み、駆動回路30は簡易なものとなる。
【0058】本実施例の場合、コリメーターレンズ2の
NAを大きくしてレーザーダイオード1が放射するレーザ
ー光を取り込む立体角を大きくして、平行光束3や光束
5a,5bの光束径を大きくしても、光束縮小手段によ
って該光束が電気光学素子10a,10bに入射すると
きにはZ方向に薄い光束とし、凹シリンドリカルレンズ
12a,12bによってX−Z面内で略平行な光束とし
て電気光学素子10a,10bに入射している。従って
薄い電気光学素子10a,10bでも光の蹴られが無
く、より低い印加電圧でもって従来の厚い電気光学素子
をより高電圧で駆動する場合と同じ光位相差を得ること
が出来、従って簡易な構成の駆動回路でもってS/N 比の
高い高感度、高精度のレーザードップラー速度計を達成
している。
【0059】図4は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。図4(A)は平面図、図4(B)は側面図である。
図中、1は光源(光源手段)であり、レーザーダイオー
ドより構成している。2はコリメーターレンズ、20は
回折格子(光分割手段、光分割部材)であり、格子ピッ
チはpであり、格子配列方向をZ軸方向に向けて設置し
ている。21は球面より成る第1の正レンズ(凸レン
ズ)である。22は負の屈折力を有する第1のシリンド
リカルレンズである。
【0060】なお、本実施例でも光分割手段で分割され
た2光束の2つの主光線(光束の中心光線)がある平面
をX−Y平面とし、この平面上で該2つの主光線から略
等距離にある直線をX軸、該平面上でX軸と直交する方
向をY軸方向、該平面の垂線方向をZ軸方向とするXY
Z座標を設定する。
【0061】第1のシリンドリカルレンズ22はその母
線をX−Y平面上に且つY軸と平行に配置している。
【0062】10a,10bは夫々入射面及び射出面が
平面で断面がY方向に長辺を有する長方形の電気光学素
子であり、不図示の駆動回路と共に周波数シフター10
2を構成している。23は球面より成る第2の正レンズ
(凸レンズ)、7は移動物体であり、速度Vで矢印方向
へ移動している。なお、本実施例には不図示の集光レン
ズ、光検出器(検出手段)があり、それらは実施例1と
同様に配置している。
【0063】なお、第1の正レンズ21、第1のシリン
ドリカルレンズ22、電気光学素子10a,10b、第
2の正レンズ23等は光学手段の一要素を構成してい
る。
【0064】本実施例の作用を説明する。レーザーダイ
オード1から出射したレーザー光はZ軸方向の直線偏光
となるように構成されている。この光束はコリメーター
レンズ2によって平行光束3となる。平行光束3は回折
格子20によって光束5a,光束5bの2つの光束に回
折角θ’で分割される。このときの回折角θ’は: p・sin θ’=λ なる関係がある。
【0065】光束5a,5bは第1の正レンズ21を透
過して収束光束5c,5dとなって第1のシリンドリカ
ルレンズ22に入射し、ここでX−Z面内で略平行な光
束と変わり、X−Y面内では収束光束のままの光束5
e,5fで電気光学素子10a,10bへ入射する。電
気光学素子10a,10bから出射した光束は第2の正
レンズ23で屈折され、X−Y平面内ではそれぞれ平行
な光束、X−Z平面内では略被測定物7の近傍に結像す
る光束5g,5hとなって速度Vで移動している被測定
物7を入射角θで2光束照射する。
【0066】なお、第1の正レンズ21は光束縮小手段
の一要素を構成している。又、第1のシリンドリカルレ
ンズ22はY方向とZ方向で屈折力の異なる光学部材で
ある。
【0067】図5は本実施例の周波数シフター102の
説明図である。図中、31a、31bは電極である。電
気光学素子10a,10bはLiNb03で構成し、夫々結晶
軸の方向を上下逆方向にして配置している。
【0068】図の構成において、電気光学素子10a,
10bの長さa=20mmに設定すると、λ=685nm のレー
ザー光の位相を2πずらすためにはLiNb03の電気光学素
子10a,10bの厚さd=2mm の場合には印加電圧は
240Volt を要し、厚さd=1mm の場合には印加電圧は12
0Volt で済む。
【0069】本実施例の場合、コリメーターレンズ2の
NAを大きくしてレーザーダイオード1が放射するレーザ
ー光を取り込む立体角を大きくして、平行光束3の光束
径を大きくしても、該光束が電気光学素子10a,10
bに入射するときにはZ方向に薄く、平行な光束として
いるので薄い電気光学素子10a,10bでも光のけら
れが無く、従ってより低い印加電圧でもって従来の厚い
電気光学素子をより高電圧で駆動する場合と同じ光位相
差を得ることが出来る。
【0070】又、第2の正レンズ23より出射する光束
5g,5hは集平行光となって、測定部分を扁平率の大
きい楕円で照射している。従って、速度検出方向(Y方
向)の光線径は大きく、Z方向の照射径は小さいので光
検出器の検出面ではZ方向のスペックル径が大きくなっ
てスペックルの数が少なくなり、ドップラー信号のレベ
ルが大きくなり信号のS/N 比が向上する。従って簡易な
構成の駆動回路でもってS/N 比の高い高感度、高精度の
レーザードップラー速度計を達成している。
【0071】図6は本発明の実施例3の要部概略図であ
る。図6(A)は平面図、図6(B)は側面図である。
本実施例が実施例2と異なる点は電気光学素子10a,
10bの後ろに負の屈折力を持つ第2のシリンドリカル
レンズ24を追加した点のみでありその他の構成は同じ
である。
【0072】なお、本実施例でも光分割手段で分割され
た2光束の2つの主光線(光束の中心光線)がある平面
をX−Y平面とし、この平面上で該2つの主光線から略
等距離にある直線をX軸、該平面上でX軸と直交する方
向をY軸方向、該平面の垂線方向をZ軸方向とするXY
Z座標を設定する。
【0073】なお、第2のシリンドリカルレンズ24の
母線はX−Y平面上に且つY軸と平行に配置している。
【0074】本実施例の場合、第1の正レンズ21、第
1のシリンドリカルレンズ22、電気光学素子10a,
10b、第2のシリンドリカルレンズ24、第2の正レ
ンズ23等は光学手段の一要素を構成している。
【0075】本実施例の作用を説明する。電気光学素子
10a,10bから出射した光束5e,5fは第2のシ
リンドリカルレンズ24によりX−Z面内では発散する
光束5g,5hとなり、次いで第2の正レンズ23で屈
折され、X−Y平面内では平行光束、X−Z平面内では
所定の拡がりを有する光束5i,5jとなって移動物体
7を入射角θで2光束照射する。なお、ここで云う”所
定の拡がり”とは”拡散”、”収束”のいずれも含んで
いる。
【0076】なお、第1の正レンズ21は光束縮小手段
の一要素を構成しており、第1のシリンドリカルレンズ
22、第2のシリンドリカルレンズ24はY方向とZ方
向で屈折力の異なる光学部材である。
【0077】本実施例の場合、実施例1と同様な効果が
得られると共に照射ビーム径を太くしたので、バタつき
のある移動物体や糸等の細い移動物体でも容易に測定可
能領域に導入できる効果がある。
【0078】図7は本発明の実施例4の要部概略図であ
る。図7(A)は平面図、図7(B)は側面図の一部で
ある。本実施例が実施例1と異なる点は凹シリンドリカ
ルレンズ12a,12bが無く、その替わりに電気光学
素子10c,10dの光束入射面を凹シリンドリカル面
25とした点であり、その他の構成は同じである。又、
XYZ軸方向の設定も実施例1と同じである。なお、凹
シリンドリカル面25の母線はX−Y平面上にY軸に平
行に配置している。
【0079】本実施例の場合、ミラー6a〜6d、凸シ
リンドリカルレンズ11a,11b、電気光学素子10
c,10d等は光学手段の一要素を構成している。
【0080】本実施例の作用について説明する。2光束
5a,5bはミラー6a,6bで反射された後、凸
(正)シリンドリカルレンズ11a,11bによりZ方
向に収束する光束5c,5dとなって電気光学素子10
c,10dに入射する。2つの光束5c,5dは凹シリ
ンドリカル面25を透過して夫々Z方向には略平行な光
束5e,5fとなって電気光学素子10c,10dを通
過する。以後の作用は実施例1と同じである。
【0081】本実施例の場合、凸シリンドリカルレンズ
11a,11bは光束縮小手段の一要素を構成してお
り、又、Y方向とZ方向で屈折力の異なる光学部材であ
る。
【0082】本実施例は実施例1と同じ効果が得られ、
その上に実施例1に比べて光学要素を減少しているの
で、製造コスト、反射面による光量のロスを減少でき
る。
【0083】図8は本発明の実施例5の要部概略図であ
る。図8(A)は平面図、図8(B)は側面図である。
本実施例が実施例2と異なる点は第1のシリンドリカル
レンズ22が無く、その替わりに電気光学素子10c,
10dの光束入射面を凹シリンドリカル面25とした点
であり、その他の構成は同じである。又、XYZ軸方向
の設定も実施例2と同じである。なお、凹シリンドリカ
ル面25の母線はX−Y平面上にY軸に平行に配置して
いる。
【0084】なお、第1の正レンズ21、電気光学素子
10c,10d、第2の正レンズ23等は光学手段の一
要素を構成している。
【0085】本実施例の作用について説明する。2光束
5a,5bは第1の正レンズ21を透過して収束光束5
c,5dとなって電気光学素子10c,10dに入射す
る。その際、2光束は凹シリンドリカル面25によって
X−Z面内では略平行光と変わり、X−Y面内では収束
光のままの光束5e,5fとなって電気光学素子10
c,10dを通過する。
【0086】以後の作用は実施例2と同じである。
【0087】なお、第1の正レンズ21は光束縮小手段
の一要素を構成しており、又、電気光学素子10c,1
0dはY方向とZ方向で屈折力の異なる光学部材であ
る。
【0088】本実施例は実施例2と同じ効果が得られ、
その上に実施例2に比べて光学要素を減少しているの
で、製造コスト、反射面による光量のロスを減少でき
る。
【0089】図9は本発明の実施例6の要部概略図であ
る。図9(A)は平面図、図9(B)は側面図である。
本実施例が実施例3と異なる点は第1のシリンドリカル
レンズ22及び第2のシリンドリカルレンズ24が無
く、その替わりに電気光学素子10e,10fの光束入
射面及び光束出射面を夫々凹シリンドリカル面25及び
26とした点であり、その他の構成は同じである。又、
XYZ軸方向の設定も実施例3と同じである。なお、凹
シリンドリカル面25、26の母線はX−Y平面上にY
軸に平行に配置している。
【0090】本実施例の場合、第1の正レンズ21、電
気光学素子10e,10f、第2の正レンズ23等は光
学手段の一要素を構成している。
【0091】本実施例の作用を説明する。分割された2
光束5a,5bは第1の正レンズ21を透過して収束光
束5c,5dとなって電気光学素子10e,10fに入
射する。その際、2光束は凹シリンドリカル面25によ
ってX−Z面内では略平行な光束と変わり、X−Y面内
では収束光束のままの光束5e,5fとなって電気光学
素子10e,10fを通過する。そして凹シリンドリカ
ル面26から出射する際、ここでX−Z面内で発散する
光束5g,5hと変わり、第2の正レンズ23で屈折さ
れ、X−Y平面内では平行光束、X−Z平面内では所定
の拡がりを有する光束5i,5jとなって移動物体7を
入射角θで2光束照射する。
【0092】なお、正レンズ21は光束縮小手段の一要
素を構成しており、電気光学素子10e,10fはY方
向とZ方向で屈折力の異なる光学部材である。
【0093】本実施例は実施例3と同じ効果が得られ、
その上に実施例3に比べて光学要素を減少しているの
で、製造コスト、反射面による光量のロスを減少でき
る。
【0094】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、電気光学素
子の厚さを従来のものより薄くして、電気光学素子の駆
動回路を簡易なものとしながら、従来のものより高感
度、高精度の速度情報が得られる変位情報検出装置を達
成している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図の一部
【図2】 電気光学結晶による周波数シフターの説明図
【図3】 セロダイン駆動説明図
【図4】 本発明の実施例2の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図
【図5】 実施例2の周波数シフター
【図6】 本発明の実施例3の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図
【図7】 本発明の実施例4の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図の一部
【図8】 本発明の実施例5の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図
【図9】 本発明の実施例6の要部概略図 (A)平面図 (B)側面図
【図10】 従来のレーザードップラー速度計
【図11】 従来の周波数シフターを用いたレーザード
ップラー速度計
【図12】 従来の周波数シフターを用いたレーザード
ップラー速度計
【図13】 照射ビームの径とスペックルパターンの径
の説明図
【図14】 照射ビームの径と位置ズレ許容量の関係説
明図
【符号の説明】
1 光源(レ−ザ−ダイオード) 2 コリメ−タ−レンズ 4 ビ−ムスプリッタ− 5 光束 6 ミラ− 7 移動物体(被測定物) 8 集光レンズ 9 光検出器 10 電気光学素子 11 凸シリンドリカルレンズ 12 凹シリンドリカルレンズ 15 レンズ 20 回折格子 21 第1の正レンズ(凸レンズ) 22 第1のシリンドリカルレンズ 23 第2の正レンズ(凸レンズ) 24 第2のシリンドリカルレンズ 25、26 凹シリンドリカル面 30 駆動回路 31 電極 100、101、102、103、104 周波数シ
フター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−107346(JP,A) 特開 平5−341043(JP,A) 特開 平2−232620(JP,A) 特開 昭61−32032(JP,A) 特開 平6−35011(JP,A) 実開 平5−45656(JP,U) 特許3049849(JP,B2) 特許2829966(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01P 3/36 G01P 5/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光束を光分割手段で2分割
    し、光学手段を介して移動物体に交差して照射し、
    動物体からの散乱光のドップラーシフト量を計測するこ
    とにより該移動物体の移動速度を計測する変位情報検出
    装置において、 前記2分割された2光束の主光線が存在する 平面上で、
    該2つの主光線から略等距離にある直線をX軸、該平面
    上でX軸と直交する方向をY軸方向、該平面の垂線方向
    をZ軸方向とするとき、前記2分割された光束をZ軸方向に縮小し、Z方向に薄
    くする光束縮小手段と、 前記光束縮小手段から射出された光束を入射され、周波
    数シフトさせる電気光学素子と、 を有する ことを特徴とする変位情報検出装置。
  2. 【請求項2】 前記光束縮小手段はX−Z面内にて正の
    屈折力を有するシリンドリカルレンズX−Z面内にて
    負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを有すること
    を特徴とする請求項1の変位情報検出装置。
  3. 【請求項3】 前記電気光学素子の入射面はX−Z面内
    のみに屈折力を有するシリンドリカル面で構成され、前
    記光束縮小手段はX−Z面内において正の屈折力を有す
    る正シリンドリカルレンズであって、 前記2光束は該正シリンドリカルレンズを通過した後、
    前記電気光学素子の入射面によってX−Z面内において
    夫々略平行な光束となることを特徴とする請求項1の変
    位情報検出装置。
  4. 【請求項4】 前記光束縮小手段は球面より成る第1の
    正レンズであり、 前記2光束は該第1の正レンズを通過した後、X−Z面
    内で負の屈折力を有する第1のシリンドリカルレンズに
    よってX−Z面内で夫々略平行光束となり、前記電気光
    学素子の平面より成る入射面へ入射することを特徴とす
    る請求項1の変位情報検出装置。
  5. 【請求項5】 前記電気光学素子の入射面はX−Z面内
    で負の屈折力を有するシリンドリカル面で構成され、前
    記光束縮小手段は球面より成る第1の正レンズであり、
    前記2光束は該第1の正レンズを通過した後、該電気光
    学素子の入射面によってX−Z面内において夫々略平行
    な光束となることを特徴とする請求項1の変位情報検出
    装置。
  6. 【請求項6】 球面より成る第2の正レンズを有し、該
    第2の正レンズは前記電気光学素子より射出する2光束
    を夫々屈折させ、X−Y面内では平行光束で、X−Z面
    内では前記移動物体近傍に略結像する光束で該移動物体
    を照射することを特徴とする請求項4又は5の変位情報
    検出装置。
  7. 【請求項7】 X−Z面内のみに屈折力を有する第2の
    シリンドリカルレンズと、球面より成る第2の正レンズ
    を有し、前記電気光学素子より射出する2光束は該第2
    のシリンドリカルレンズによって夫々X−Z面内で発散
    する光束となり、 球面より成る第2の正レンズによって夫々屈折して、X
    −Y面内では平行光束で、X−Z面内では所定の拡がり
    を有する光束として前記移動物体を照射することを特徴
    とする請求項4又は5の変位情報検出装置。
  8. 【請求項8】 前記電気光学素子の射出面はX−Z面内
    のみに屈折力を有するシリンドリカル面であり、 前記2光束は該射出面によってX−Z面内で発散する光
    束として出射し、球面より成る第2の正レンズによって
    夫々屈折してX−Y面内では平行光束で、X−Z面内で
    は所定の拡がりを有する光束として前記移動物体を照射
    することを特徴とする請求項4又は5の変位情報検出装
    置。
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