JP6530938B2 - Laser measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置に関するものである。 The present invention relates to a laser measurement device that performs measurement using a laser beam.
レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置としては、測定対象物にレーザ光を照射し測定対象物で反射したレーザ光にドップラ効果によって生じるドップラシフトを利用して測定対象物の振動や速度や変位を測定するレーザドップラ振動計（たとえば、特許文献１）や、測定対象物にレーザ光を照射し測定対象物で反射したレーザ光の強弱より測定対象物の変位を測定するレーザ変位計（たとえば、特許文献２）など、さまざまな測定装置が知られている。 As a laser measuring apparatus which performs measurement using a laser beam, the laser beam is irradiated to a measurement object, and the laser beam reflected by the measurement object utilizes the Doppler shift caused by the Doppler effect to the vibration or the speed of the measurement object or Laser doppler vibrometer (for example, patent document 1) which measures displacement, and laser displacement meter (for example, which measures the displacement of a measurement object from the intensity of the laser beam which irradiated the laser light to the measurement object and reflected by the measurement object) Various measuring devices are known, such as Patent Document 2).
また、赤外光を用いて距離を計測する光学式距離計において、赤外光に可視光を波長合成器で合成して測定対象物に出射することにより、測定対象物上の赤外光の照射箇所を可視光により視認可能とする技術も知られている（たとえば、特許文献３）。 Also, in an optical distance meter that measures the distance using infrared light, the infrared light on the object to be measured is synthesized by combining visible light with infrared light using a wavelength synthesizer and emitting the resultant to the object to be measured. There is also known a technique for making an irradiated portion visible by visible light (for example, Patent Document 3).
人間の目に対する安全性の観点からは、レーザ測定に用いるレーザ光としては、アイセーフレーザと呼ばれる1400nm以上2600nm以下の波長の近赤外レーザ光を用いることが好ましい。 From the viewpoint of safety for human eyes, it is preferable to use near infrared laser light with a wavelength of 1400 nm or more and 2600 nm or less, which is called an eye-safe laser, as laser light used for laser measurement.
一方、近赤外レーザ光をレーザ測定に用いた場合、近赤外レーザ光は不可視光であるため、近赤外レーザ光の照射位置を視認することができなくなる。そこで、上述した赤外光に可視光を波長合成器で合成する技術を応用して、近赤外レーザ光に可視レーザ光を波長合成器で合成して測定対象物に出射することにより、測定対象物上の近赤外レーザ光の照射箇所を可視レーザ光により提示することが考えられる。ここで、このように、近赤外レーザ光に可視レーザ光を合成して視認可能とすることで近赤外レーザ光に対する安全性が向上するので、より高い出力の近赤外レーザ光をレーザ測定に用いることができる。 On the other hand, when near-infrared laser light is used for laser measurement, since the near-infrared laser light is invisible light, it becomes impossible to visually recognize the irradiation position of the near-infrared laser light. Therefore, applying the technology of combining visible light with infrared light described above with a wavelength synthesizer, measuring by emitting visible laser light with a wavelength synthesizer with near infrared laser light and emitting it to a measurement object It is conceivable to present the irradiation position of the near-infrared laser light on the object with visible laser light. Here, since the safety for the near infrared laser light is improved by combining the visible laser light with the near infrared laser light and making it visible in this way, the near infrared laser light with a higher output can be used as a laser. It can be used for measurement.
しかしながら、近赤外レーザ光と可視レーザ光を相互に完全に重なるように合成することは困難である。また、近赤外レーザ光と可視レーザ光を相互に完全に重なるように合成できたとしても、近赤外レーザ光と可視レーザ光との屈折率の相違より、光が進行するにつれ近赤外レーザ光と可視レーザ光にはずれが生じていく。 However, it is difficult to combine near infrared laser light and visible laser light so as to completely overlap each other. In addition, even if near infrared laser light and visible laser light can be synthesized so as to completely overlap each other, the difference in refractive index between near infrared laser light and visible laser light causes near infrared light as light travels Deviation occurs between the laser beam and the visible laser beam.
そして、このために、可視レーザ光の照射範囲外に近赤外レーザ光が照射されてしまうことがあり、この場合には、近赤外レーザ光の誤ばく防止を充分に図ることができなくなってしまう。 And for this reason, near-infrared laser beam may be irradiated out of the irradiation range of visible laser beam, and in this case, it becomes impossible to fully prevent misjudgment of near-infrared laser beam. It will
そこで、本発明は、不可視レーザ光に可視レーザ光を合成して出射するレーザ測定装置において、可視レーザ光の照射範囲外への不可視レーザ光の照射を抑止することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to suppress irradiation of the invisible laser beam to the outside of the irradiation range of a visible laser beam in the laser measurement apparatus which synthesize | combines and emits visible laser beam to invisible laser beam.
前記課題達成のために、本発明は、波長が可視領域外のレーザ光である測定光に、波長が可視領域内のレーザ光である照準光を合成して出射するレーザ測定装置に、前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光を平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射すると共に、前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を、測定光の平行光束と同一光軸かつ測定光の平行光束よりも径が大きい平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射する出射光生成光学系と、前記測定光の測定対象物による反射光を用いて測定対象物の測定を行う測定部とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention relates to a laser measurement apparatus which combines and emits aiming light which is laser light in the visible range with measurement light which is laser light whose wavelength is outside the visible range. The measuring laser light source for emitting light, the aiming laser light source for emitting the aiming light, and the measuring light emitted from the measuring laser light source are converted into parallel luminous flux and emitted toward the object to be measured And converts the aiming light emitted from the aiming laser light source into a parallel light flux having the same optical axis as the parallel light flux of the measurement light and a diameter larger than that of the measurement light, and directs it to the measurement object It comprises: an outgoing light generation optical system that emits light; and a measurement unit that measures a measurement target using reflected light from the measurement target of the measurement light.
ここで、このようなレーザ測定装置は、前記出射光生成光学系を、前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光と前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を同一光軸上に合成する波長合成器と、前記波長合成器で合成された測定光と照準光とが入射するコリメータレンズとより構成してもよい。ただし、前記コリメータレンズは、入射した測定光を平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射すると共に、入射した照準光を、測定光の平行光束と同一光軸かつ測定光の平行光束よりも径が大きい平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射する。なお、このようなコリメータレンズとしては、前記照準光に対する焦点距離が前記測定光に対する焦点距離より大きく、当該レンズの前記照準光に対するバックフォーカスと前記測定光に対するバックフォーカスとが等しいレンズを用いることができる。ただし、この場合、前記波長合成器の合成した測定光と照準光の出射位置を、前記コリメータレンズの光軸上の当該コリメータレンズから前記バックフォーカスと等しい距離離れた位置とする。 Here, in such a laser measurement apparatus, in the emission light generation optical system, the measurement light emitted from the measurement laser light source and the sighting light emitted from the sighting laser light source are on the same optical axis. It may be composed of a wavelength combining unit to be combined, and a collimator lens on which the measuring beam and the aiming beam combined by the wavelength combining unit are incident. However, the collimator lens converts the incident measurement light into a parallel luminous flux and emits the collimated luminous flux toward the measurement object, and the sighting light incident is parallel to the parallel luminous flux of the measurement light and parallel to the measurement light It is converted into a parallel luminous flux whose diameter is larger than that of the luminous flux and emitted toward the measurement object. As such a collimator lens, a lens in which the focal distance for the aiming light is larger than the focal distance for the measurement light and the back focus for the aiming light of the lens is equal to the back focus for the measurement light is used. it can. However, in this case, the emission positions of the measurement light and the aiming light synthesized by the wavelength synthesizer are set at a distance on the optical axis of the collimator lens equal to the back focus from the collimator lens.
または、前記レーザ測定装置において、前記出射光生成光学系は、前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光が入射する測定光用コリメータレンズと、前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光が入射する照準光用コリメータレンズと、ダイクロイックミラーとより構成してもよい。ただし、前記測定光用コリメータレンズは、入射する前記測定光を平行光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、前記照準光用コリメータレンズは、入射する前記照準光を、前記測定光の平行光束よりも径が大きい平行光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、前記ダイクロイックミラーは、前記測定光用コリメータレンズから入射した測定光の平行光束と前記照準光用コリメータレンズから入射した前記照準光の平行光束を同一光軸上に合成し、測定対象物に向けて出射するものである。 Alternatively, in the laser measurement apparatus, the emission light generation optical system may be a collimator lens for measurement light on which the measurement light emitted from the measurement laser light source is incident, and the sighting light emitted from the aiming laser light source. It may comprise of a collimator lens for aiming light on which light is incident, and a dichroic mirror. However, the measurement light collimator lens converts the incident measurement light into a parallel light beam and emits it to the dichroic mirror, and the sight light collimator lens converts the incident sight light into a parallel light beam of the measurement light The beam is converted into a parallel beam having a larger diameter than that and emitted to the dichroic mirror, and the dichroic mirror receives the collimated beam of measurement light incident from the collimator lens for measurement light and the sighting light incident from the collimator lens for sighting light The parallel luminous fluxes are combined on the same optical axis and emitted toward the object to be measured.
以上のようなレーザ測定装置によれば、測定光の平行光束と、当該測定光の平行光束よりも径の大きな照準光の平行光束とを光軸を一致させて出射するので、測定光の照射領域は照準光の照射領域内に収まることとなる。よって、本レーザ測定装置によれば、可視の照準光の照射範囲外への不可視の測定光の照射が抑止される。 According to the laser measuring apparatus as described above, the collimated light flux of the measuring light and the collimated light flux of the aiming light having a larger diameter than the collimated light flux of the measuring light are emitted with their optical axes aligned. The area will fall within the irradiation area of the aiming light. Therefore, according to the present laser measurement apparatus, the irradiation of invisible measurement light to the outside of the irradiation range of the visible aiming light is suppressed.
また、前記課題達成のために、本発明は、波長が可視領域外のレーザ光である測定光に、波長が可視領域内のレーザ光である照準光を合成して出射するレーザ測定装置に、前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光と前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を同一光軸上に合成する波長合成器と、前記波長合成器で合成された測定光と照準光とが入射するレンズと、前記測定光の測定対象物による反射光を用いて測定対象物の測定を行う測定部とを設けたものである。ただし前記レンズは、入射した測定光を所定の拡がり角の光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射すると共に、入射した照準光を、測定光の平行光束と同一光軸かつ前記測定光の前記所定の拡がり角よりも拡がり角の大きい光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a laser measurement apparatus which combines aiming light which is laser light whose wavelength is in the visible range with measurement light whose laser light is outside the visible range. The measurement laser light source for emitting the measurement light, the aiming laser light source for emitting the aim light, the measurement light emitted from the measurement laser light source, and the aim light emitted from the aiming laser light source Measurement of an object to be measured using a wavelength combiner for combining on the same optical axis, a lens on which the measuring beam and the aiming beam combined by the wavelength combiner are incident, and reflected light from the measuring object for the measurement beam And a measurement unit for performing However, the lens converts the incident measurement light into a light beam having a predetermined spread angle and emits the light toward the object to be measured, and the sighting light incident is the same optical axis as the parallel light beam of the measurement light and the measurement It is converted into a light flux having a larger spread angle than the predetermined spread angle of light, and is emitted toward the object to be measured.
また、前記課題達成のために、本発明は、波長が可視領域外のレーザ光である測定光に、波長が可視領域内のレーザ光である照準光を合成して出射するレーザ測定装置に、前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光が入射する測定光用レンズと、前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光が入射する照準光用レンズと、ダイクロイックミラーと、前記測定光の測定対象物による反射光を用いて測定対象物の測定を行う測定部とを設けたものである。ただし、前記測定光用レンズは、入射する前記測定光を所定の拡がり角の光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、前記照準光用レンズは、入射する前記照準光を、前記測定光の前記所定の拡がり角よりも大きい拡がり角の光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、前記ダイクロイックミラーは、前記測定光用レンズから入射した測定光の光束と前記照準光用レンズから入射した前記照準光の光束を同一光軸上に合成し、測定対象物に向けて出射する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a laser measurement apparatus which combines aiming light which is laser light whose wavelength is in the visible range with measurement light whose laser light is outside the visible range. A measurement laser light source for emitting the measurement light, a sighting laser light source for emitting the sighting light, a measurement light lens on which the measurement light emitted from the measurement laser light source is incident, and the sighting laser light source A lens for aiming light on which the aiming light emitted from the light is incident, a dichroic mirror, and a measurement unit for measuring a measurement object using reflected light of the measurement light by the measurement object. However, the measurement light lens converts the incident measurement light into a light beam having a predetermined spread angle and emits the light beam to the dichroic mirror, and the aiming light lens converts the incident aiming light into the light of the measurement light. The light beam is converted into a light beam having a spread angle larger than the predetermined spread angle and emitted to the dichroic mirror, and the dichroic mirror receives the light beam of the measurement light incident from the measurement light lens and the light incident from the aiming light lens. The luminous fluxes of the aiming light are synthesized on the same optical axis and emitted toward the measurement object.
これらのレーザ測定装置によれば、測定光と、測定光と光軸が一致し、かつ、測定光よりも大きな拡がり角を持つ照準光とを出射するので、測定光の照射領域は照準光の照射領域内に収まることとなる。よって、本レーザ測定装置によれば、可視の照準光の照射範囲外への不可視の測定光の照射が抑止される。 According to these laser measurement apparatuses, the measurement light and the sighting light having the same light axis as the measurement light and the light axis coincide with each other and having a larger spread angle than the measurement light are emitted. It will be in the irradiation area. Therefore, according to the present laser measurement apparatus, the irradiation of invisible measurement light to the outside of the irradiation range of the visible aiming light is suppressed.
以上のように、本発明によれば、不可視レーザ光に可視レーザ光を合成して出射するレーザ測定装置において、可視レーザ光の照射範囲外への不可視レーザ光の照射を抑止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the irradiation of the invisible laser light outside the irradiation range of the visible laser light in the laser measurement device that combines the visible laser light with the invisible laser light and emits it.
以下、本発明に係るレーザ測定装置の実施形態を、レーザドップラ速度計への適用を例にとり説明する。
図１に、本実施形態に係るレーザドップラ速度計の構成を示す。
図示するようにレーザドップラ速度計は、測定用レーザ光源１、照準用レーザ光源２、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３、コリメータレンズ４、ビームスプリッタ５、ミラー６、対物レンズ７、光検出器８、計測装置９を備えている。
Hereinafter, an embodiment of a laser measurement apparatus according to the present invention will be described by taking an application to a laser Doppler velocimeter as an example.
FIG. 1 shows the configuration of the laser Doppler velocimeter according to the present embodiment.
As shown, the laser Doppler velocimeter includes a measurement laser light source 1, a sighting laser light source 2, a fiber type WDM optical coupler 3, a collimator lens 4, a beam splitter 5, a mirror 6, an objective lens 7, a light detector 8, and measurement. An apparatus 9 is provided.
ここで、測定用レーザ光源１は、計測装置９によって駆動され、近赤外レーザ光を測定光として出射する。測定用レーザ光源１が出射する近赤外レーザ光の波長としては、1400nmから2600nmまでのアイセーフレーザと呼ばれるレーザの波長範囲の波長を用いる。以下では、測定光として波長1550nmの近赤外レーザを用いるものとして説明を行う。 Here, the measurement laser light source 1 is driven by the measurement device 9 and emits near-infrared laser light as measurement light. As a wavelength of the near-infrared laser beam which the laser light source 1 for measurement radiate | emits, the wavelength of a wavelength range of a laser called an eye-safe laser from 1400 nm to 2600 nm is used. The following description will be made on the assumption that a near-infrared laser with a wavelength of 1550 nm is used as the measurement light.
また、照準用レーザ光源２は、計測装置９によって駆動され、可視レーザ光を照準光として出射する。以下では、照準光として波長635nmの赤色のレーザを用いるものとして説明を行う。 The aiming laser light source 2 is driven by the measuring device 9 and emits visible laser light as aiming light. The following description will be made assuming that a red laser of wavelength 635 nm is used as the aiming light.
測定用レーザ光源１から出射された測定光は、波長1550nm用の光ファイバ１１によってファイバ型ＷＤＭ光カプラ３に導入され、照準用レーザ光源２から出射された照準光は、波長635nm用の光ファイバ２１によってファイバ型ＷＤＭ光カプラ３に導入される。 The measurement light emitted from the measurement laser light source 1 is introduced into the fiber type WDM optical coupler 3 by the optical fiber 11 for the wavelength 1550 nm, and the aiming light emitted from the aiming laser light source 2 is the optical fiber for the wavelength 635 nm 21 to introduce the fiber type WDM optical coupler 3.
ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３は、導入された測定光と照準光とを波長合成し、コリメータレンズ４に出射する。
ここで、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３は、二本の偏波保持光ファイバ(PANDAファイバ)を溶融延伸して中央部を融着した融着延伸型のＷＤＭ光カプラであり、光ファイバ１１と光ファイバ２１からファイバ型ＷＤＭ光カプラ３の二本の偏波保持光ファイバにそれぞれ導入された測定光と照準光は、二本の偏波保持光ファイバの中央の融着部分で結合して波長合成され、波長合成された測定光と照準光がコリメータレンズ４に出射される。
The fiber type WDM optical coupler 3 combines the wavelengths of the introduced measurement light and the aiming light, and emits the light to the collimator lens 4.
Here, the fiber type WDM optical coupler 3 is a fusion and drawing type WDM optical coupler in which two polarization maintaining optical fibers (PANDA fibers) are melt drawn and the central part is fused, and the optical fiber 11 and the light The measurement light and the aiming light respectively introduced from the fiber 21 to the two polarization maintaining optical fibers of the fiber type WDM optical coupler 3 are combined at the central fusion portion of the two polarization maintaining optical fibers to perform wavelength combining The wavelength-combined measurement light and the aiming light are emitted to the collimator lens 4.
さて、次に、コリメータレンズ４は、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３から入射する測定光と照準光とを平行光束に変換してビームスプリッタ５に出射する。
ビームスプリッタ５は、コリメータレンズ４から入射する測定光と照準光とをそれぞれ二つに分岐し、分岐した一方の測定光と照準光とよりなる第１レーザ光群を被測定物１００に照射し、分岐した他方の測定光と照準光とよりなる第２レーザ光群をミラー６に向けて出射する。
Now, next, the collimator lens 4 converts the measurement light and the aiming light incident from the fiber type WDM optical coupler 3 into parallel light beams and emits the parallel light beams to the beam splitter 5.
The beam splitter 5 splits each of the measurement light and the aiming light incident from the collimator lens 4 into two, and irradiates the object 100 with a first laser light group including one of the branched measurement light and the aiming light. A second laser beam group consisting of the other branched measurement light and aiming light is emitted toward the mirror 6.
そして、ミラー６は、ビームスプリッタ５から入射する第２レーザ光群を反射し被測定物１００に照射する。
ここで、ビームスプリッタ５から出射された第１レーザ光群とミラー６から出射された第２レーザ光群は、被測定物１００の同じ領域を照射する。また、ビームスプリッタ５から出射された第１レーザ光群は、被測定物１００の移動方向と垂直な方向から被測定物１００の正の移動方向にθ傾けた方向から被測定物１００を照射し、ミラー６から出射された第２レーザ光群は、被測定物１００の移動方向と垂直な方向から被測定物１００の負の移動方向にθ傾けた方向から被測定物１００を照射する。なお、移動方向の正負は、測定の目的に応じて任意に設定してよい。
Then, the mirror 6 reflects the second laser beam group incident from the beam splitter 5 and irradiates the DUT 100 with the second laser beam group.
Here, the first laser beam group emitted from the beam splitter 5 and the second laser beam group emitted from the mirror 6 irradiate the same area of the object to be measured 100. Further, the first laser light group emitted from the beam splitter 5 irradiates the object to be measured 100 from the direction perpendicular to the positive moving direction of the object to be measured 100 from the direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured 100. The second laser light group emitted from the mirror 6 irradiates the object to be measured 100 from the direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured 100 from the direction perpendicular to the moving direction of the object to be measured 100. In addition, you may set the positive / negative of a movement direction arbitrarily according to the objective of measurement.
したがって、第１レーザ光群の測定光と第２レーザ光群の測定光が照射されている領域には、第１レーザ光群の照準光と第２レーザ光群の照準光による可視の光スポットも形成される。 Therefore, in a region irradiated with the measurement light of the first laser light group and the measurement light of the second laser light group, visible light spots by the sight light of the first laser light group and the sight light of the second laser light group Is also formed.
次に、対物レンズ７は、被測定物１００で散乱された第１レーザ光群と第２レーザ光群の散乱光を光検出器８に集光し、光検出器８は集光された散乱光の測定光の成分を光電変換し、測定光の成分の強度を表す検出信号を計測装置９に出力する。 Next, the objective lens 7 condenses the scattered light of the first laser light group and the second laser light group scattered by the object to be measured 100 on the light detector 8, and the light detector 8 collects the condensed light. The component of the measurement light of light is photoelectrically converted, and a detection signal representing the intensity of the component of the measurement light is output to the measuring device 9.
ここで、第１レーザ光群の測定光の散乱光の周波数と第２レーザ光群の測定光の散乱光の周波数には、被測定物１００の移動速度に応じた大きさのドップラシフトが生じており、光検出器８が出力する検出信号には、ドップラシフトの大きさに応じた周波数のビートが生じている。 Here, in the frequency of the scattered light of the measurement light of the first laser light group and the frequency of the scattered light of the measurement light of the second laser light group, a Doppler shift of a magnitude according to the moving speed of the object 100 occurs The beat of the frequency according to the size of the Doppler shift has arisen in the detection signal which the light detector 8 outputs.
そこで、計測装置９は、光検出器８から出力された検出信号のビート周波数を計測し、計測したビート周波数から被測定物１００の移動速度ｖを算定する。
次に、図２ａに、コリメータレンズ４における波長合成された測定光と照準光の平行光束への変換のようすを示す。
図示するように、コリメータレンズ４は、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３から入射する測定光と照準光の双方を同一光軸の平行光束に変換する。また、コリメータレンズ４は、この測定光と照準光の平行光束への変換を、照準光の平行光束２２０の径(光軸と垂直な方向のサイズ)が、測定光２１０の平行光束の径よりも大きくなるように行う。
Therefore, the measuring device 9 measures the beat frequency of the detection signal output from the light detector 8 and calculates the moving velocity v of the object to be measured 100 from the measured beat frequency.
Next, FIG. 2A shows the conversion of the wavelength-combined measurement light and the aiming light into collimated light beams in the collimator lens 4.
As illustrated, the collimator lens 4 converts both the measurement light and the aiming light incident from the fiber type WDM optical coupler 3 into parallel light beams of the same optical axis. In addition, the collimator lens 4 converts the measurement light and the aiming light into a parallel light beam, and the diameter of the parallel light beam 220 of the aiming light (size in the direction perpendicular to the optical axis) is smaller than the diameter of the parallel light beam of the measuring light 210 Do as well to get bigger.
ここで、このような変換を行うコリメータレンズ４としては、照準光の波長の光に対する焦点距離Ｆ２が、測定光の波長の光に対する焦点距離Ｆ１より大きく、測定光の波長の光と照準光の波長の光に対するバックフォーカス（コリメータレンズ４の最後端から焦点までの距離）が等しいレンズを用いる。また、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３の測定光と照準光の合成光の出射位置からコリメータレンズ４の最後端までの距離がコリメータレンズ４バックフォーカスと等しくなり、コリメータレンズ４の光軸がファイバ型ＷＤＭ光カプラ３から出射される合成光の光軸と一致するように、コリメータレンズ４は配置する。 Here, as the collimator lens 4 that performs such conversion, the focal distance F2 for the light of the wavelength of the aiming light is larger than the focal distance F1 for the light of the wavelength of the measuring light, and the light of the wavelength of the measuring light and the aiming light A lens with equal back focus (distance from the rear end of the collimator lens 4 to the focal point) for light of a wavelength is used. Further, the distance from the outgoing position of the combined light of the measurement light and the aiming light of the fiber type WDM optical coupler 3 to the rear end of the collimator lens 4 becomes equal to the back focus of the collimator lens 4 and the optical axis of the collimator lens 4 is fiber type WDM The collimator lens 4 is disposed to coincide with the optical axis of the combined light emitted from the optical coupler 3.
なお、図中のＰ１は測定光の波長の光に対するコリメータレンズ４の主面、Ｐ２は照準光の波長の光に対するコリメータレンズ４の主面、Ｐ３はコリメータレンズ４の最後端位置を表している。 In the figure, P1 represents the main surface of the collimator lens 4 for the light of the wavelength of the measurement light, P2 represents the main surface of the collimator lens 4 for the light of the wavelength of the aiming light, and P3 represents the end position of the collimator lens 4 .
なお、コリメータレンズ４は、単一のレンズであっても、複数のレンズを組み合わせて構成されたものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について説明した。
本実施形態によれば、測定光の平行光束と、測定光の平行光束よりも径の大きな照準光の平行光束とを同一光軸でレーザドップラ速度計から出射するので、測定光の照射領域は照準光の照射領域内に収まることとなる。よって、可視の照準光の照射範囲外への不可視の測定光の照射が抑止される。
The collimator lens 4 may be a single lens or a combination of a plurality of lenses.
The embodiments of the present invention have been described above.
According to the present embodiment, the collimated light flux of the measuring light and the collimated light flux of the aiming light having a larger diameter than the collimated light flux of the measuring light are emitted from the laser Doppler velocimeter on the same optical axis. It will fall within the irradiation area of the aiming light. Therefore, the irradiation of invisible measurement light to the outside of the irradiation range of the visible aiming light is suppressed.
ところで、以上の実施形態では、コリメータレンズ４で、測定光と照準光の双方を平行光束に変換したが、これは、図２ｂに示すように、コリメータレンズ４で、測定光のみを平行光束２１０に変換し、照準光については平行光束よりも拡がり角が僅かに大きな光束２２０に変換するようにしてもよい。ただし、この場合には、測定対象物までの想定される最大距離においても、照準光の照射位置が視認できるように照準光の光束２２０の拡がり角は設定する。 By the way, in the above embodiment, both the measurement light and the aiming light are converted into parallel light beams by the collimator lens 4, but as shown in FIG. 2 b, only the measurement light is parallel light beams 210 by the collimator lens 4. It may be converted into a light flux 220 having a slightly larger spread angle than the collimated light flux for the aiming light. However, in this case, the spread angle of the light beam 220 of the aiming light is set so that the irradiation position of the aiming light can be visually recognized even at the assumed maximum distance to the measurement object.
または、図２ｃに示すように、コリメータレンズ４で、照準光のみを平行光束２２０に変換し、測定光については平行光束よりも拡がり角が僅かに小さな光束２１０に変換するようにしてもよい。ただし、この場合には、コリメータレンズ４から出射する測定光の光束２１０の収束点までの距離が、測定光の光束２１０の強度が人間にとって充分に安全となる強度まで減衰する距離となるように測定光の光束２１０の拡がり角は設定する。 Alternatively, as shown in FIG. 2c, only the aiming light may be converted into a parallel beam 220 by the collimator lens 4, and the measurement light may be converted into a beam 210 having a slightly smaller spread angle than the parallel beam. However, in this case, the distance to the convergence point of the light beam 210 of the measurement light emitted from the collimator lens 4 is a distance such that the intensity of the light beam 210 of the measurement light attenuates to an intensity sufficient for human safety. The spread angle of the luminous flux 210 of the measurement light is set.
または、以上の実施形態において、コリメータレンズ４に代えて、測定光を所定の拡がり角を持つ光束に変換し、照準光を測定光の光束よりも僅かに大きな拡がり角を持つ光束に変換するレンズを用いるようにしてもよい。 Alternatively, in the above embodiment, the collimator lens 4 is replaced with a lens that converts the measurement light into a light beam having a predetermined spread angle, and converts the aiming light into a light flux having a slightly larger spread angle than the light beam of the measurement light. May be used.
これらのようにしても、測定光の照射領域は照準光の照射領域内に収まることとなり、可視の照準光の照射範囲外への不可視の測定光の照射が抑止される。
また、以上の実施形態では、測定光と照準光の波長合成にファイバ型ＷＤＭ光カプラ３を用いたが、照準光の波長合成には、導波路型光カプラやダイクロイックキューブ（ダイクロイックプリズム）やダイクロイックミラーや、その他の波長合成器を用いるようにしてもよい。
Even in these cases, the irradiation area of the measurement light falls within the irradiation area of the aiming light, and the irradiation of invisible measuring light to the outside of the irradiation area of the visible aiming light is suppressed.
In the above embodiments, the fiber type WDM optical coupler 3 is used for wavelength combination of the measurement light and the aiming light. However, for wavelength synthesis of the aiming light, a waveguide type optical coupler, dichroic cube (dichroic prism) or dichroic A mirror or another wavelength synthesizer may be used.
すなわち、たとえば、ダイクロイックミラーを用いる場合には、たとえば、図３に示すように、測定用レーザ光源１からの測定光を測定光用コリメータレンズ１０１で平行光束に変換してダイクロイックミラー１１０に出射すると共に、照準用レーザ光源２からの照準光を照準光用コリメータレンズ１０２で平行光束に変換してダイクロイックミラー１１０に出射することにより、ダイクロイックミラー１１０によって、測定光と照準光とが同軸状に波長合成されて、ビームスプリッタ５に出射されるようにする。 That is, for example, when using a dichroic mirror, for example, as shown in FIG. 3, the measurement light from the measurement laser light source 1 is converted into a parallel light beam by the measurement light collimator lens 101 and emitted to the dichroic mirror 110. At the same time, the aiming light from the aiming laser light source 2 is converted into a parallel light beam by the aiming light collimator lens 102 and emitted to the dichroic mirror 110, whereby the measurement light and the aiming light are coaxially wavelengthized by the dichroic mirror 110. It is synthesized and emitted to the beam splitter 5.
ここで、図４に、図３に示したレーザドップラ速度計における測定光と照準光の平行光束への変換と波長合成のようすを示す。
図示するように、測定用レーザ光源１は、測定光用コリメータレンズ１０１の測定光の波長の光に対する焦点の位置に配置されており、測定用レーザ光源１からの測定光は、測定光用コリメータレンズ１０１で平行光束２１０に変換される。
Here, FIG. 4 shows conversion of measurement light and aiming light into parallel luminous fluxes and wavelength synthesis in the laser Doppler velocimeter shown in FIG.
As illustrated, the measurement laser light source 1 is disposed at the position of the focal point for the light of the wavelength of the measurement light of the measurement light collimator lens 101, and the measurement light from the measurement laser light source 1 is the measurement light collimator. It is converted into a parallel beam 210 by the lens 101.
また、同様に、照準用レーザ光源２は、照準光用コリメータレンズ１０２の照準光の波長の光に対する焦点の位置に配置されており、照準用レーザ光源２からの測定光は、照準光用コリメータレンズ１０２で平行光束２２０に変換される。 Similarly, the aiming laser light source 2 is disposed at the position of the focal point for the light of the wavelength of the aiming light of the aiming light collimator lens 102, and the measurement light from the aiming laser light source 2 is a collimator for the aiming light. It is converted into a collimated light beam 220 by the lens 102.
ここで、照準光用コリメータレンズ１０２の照準光の波長の光に対する焦点距離Ｆ２は、測定光用コリメータレンズ１０１の測定光の波長の光に対する焦点距離Ｆ１より大きく、照準光用コリメータレンズ１０２から出射される照準光の平行光束２２０の径は、測定光用コリメータレンズ１０１から出射される測定光の平行光束２１０の径よりも大きくなる。 Here, the focal distance F2 for the light of the wavelength of the aiming light of the collimator lens 102 for the aiming light is larger than the focal distance F1 for the light of the wavelength of the measurement light of the collimator lens 101 for the measurement light. The diameter of the collimated light beam 220 of the aiming light to be made is larger than the diameter of the collimated light beam 210 of the measurement light emitted from the measurement light collimator lens 101.
また、測定光用コリメータレンズ１０１で変換された測定光の平行光束２１０と照準光用コリメータレンズ１０２で変換された照準光の平行光束２２０は、ダイクロイックミラー１１０で同軸状に波長合成されるように、ダイクロイックミラー１１０に出射される。 In addition, the parallel light flux 210 of the measurement light converted by the measurement light collimator lens 101 and the parallel light flux 220 of the aiming light converted by the aiming light collimator lens 102 are wavelength-combined coaxially by the dichroic mirror 110. , And are emitted to the dichroic mirror 110.
そして、ダイクロイックミラー１１０で、測定光の平行光束２１０と照準光の平行光束２２０が、同軸状に波長合成されてビームスプリッタ５に出射される。
なお、測定光用コリメータレンズ１０１、及び、照準光用コリメータレンズ１０２としては、図２に示したコリメータレンズ４を用いることもできる。測定光用コリメータレンズ１０１、照準光用コリメータレンズ１０２として、図２に示したコリメータレンズ４を用いた場合、測定光用コリメータレンズ１０１のバックフォーカスＢＦ１、照準光用コリメータレンズ１０２のバックフォーカスＢＦ２は等しくなるので、測定光と照準光の平行光束化に関する構成を共通化することができるようになる。
Then, the collimated light beam 210 of the measurement light and the collimated light beam 220 of the aiming light are wavelength-combined coaxially by the dichroic mirror 110 and emitted to the beam splitter 5.
The collimator lens 4 shown in FIG. 2 can also be used as the measurement light collimator lens 101 and the aiming light collimator lens 102. When the collimator lens 4 shown in FIG. 2 is used as the collimator lens for measurement light 101 and the collimator lens for aiming light 102, the back focus BF1 of the collimator lens for measurement light 101 and the back focus BF2 of the collimator lens for aiming light 102 are Since they become equal, it becomes possible to make common the configuration for collimating the measurement light and the aiming light.
ここで、以上では、測定光用コリメータレンズ１０１と照準光用コリメータレンズ１０２を用いて、測定光と照準光の双方を平行光束に変換したが、これは、測定光用コリメータレンズ１０１を用いて測定光を平行光束に変換すると共に、照準光用コリメータレンズ１０２に代えて照準光を平行光束よりも拡がり角が僅かに大きな光束に変換するレンズを用いるようにしてもよい。 Here, in the above, both the measurement light and the aiming light are converted into parallel light beams by using the measurement light collimator lens 101 and the aiming light collimator lens 102, but this is achieved by using the measurement light collimator lens 101. The measurement light may be converted into a collimated light beam, and the aiming light collimator lens 102 may be replaced with a lens that converts the collimated light into a light beam having a slightly larger spread angle than the collimated light beam.
または、照準光用コリメータレンズ１０２を用いて照準光を平行光束に変換すると共に、測定光用コリメータレンズ１０１に代えて測定光を平行光束よりも拡がり角が僅かに小さい光束に変換するレンズを用いるようにしてもよい。 Alternatively, the aiming light is converted into a collimated light beam by using the collimating lens 102 for aiming light, and a lens that converts the measuring light into a light beam having a slightly smaller spread angle than the collimated light beam is used instead of the collimated lens 101 for measuring light. You may do so.
または、測定光用コリメータレンズ１０１に代えて、測定光を所定の拡がり角を持つ光束に変換するレンズを用いると共に、照準光用コリメータレンズ１０２に代えて、照準光を測定光の光束よりも僅かに大きな拡がり角を持つ光束に変換するレンズを用いるようにしてもよい。 Alternatively, in place of the measurement light collimator lens 101, a lens for converting the measurement light into a light beam having a predetermined spread angle is used, and instead of the aiming light collimator lens 102, the sight light is slightly smaller than the measurement light beam. A lens may be used to convert it into a luminous flux having a large divergence angle.
なお、以上では、レーザ測定装置の実施形態を、レーザドップラ速度計への適用を例にとり説明したが、本実施形態における、測定光と照準光とを照準光の照射領域内に測定光の照射領域が収まるように合成して出射する構成は、不可視の測定光と可視の照準光とを合成して測定対象物に照射して測定を行うものあれば、図１、３の構成以外の構成によるレーザドップラ速度計、レーザドップラ振動計、レーザ変位計、レーザ測距計、レーザ回転計、レーザ干渉計、レーザライダーなどの任意のレーザ測定装置に同様に適用することができる。 In the above, the embodiment of the laser measurement apparatus has been described by taking the application to the laser Doppler velocimeter as an example, but in the present embodiment, the measurement light and the aiming light are irradiated with the measurement light in the irradiation region of the aiming light. The configuration to be combined and emitted so that the region is contained may be a configuration other than the configuration shown in FIGS. 1 and 3 if the measurement is performed by combining the invisible measurement light and the visible aiming light and irradiating the measurement object. The present invention is similarly applicable to any laser measurement apparatus such as a laser Doppler velocimeter, a laser Doppler vibrometer, a laser displacement meter, a laser range finder, a laser tachometer, a laser interferometer, and a laser lidar.
また、以上の実施形態の図２、４に示した測定光と照準光とを、照準光の照射領域内に測定光の照射領域が収まるように合成して出射する構成は、用途に応じて種々に修正して適用してよい。たとえば、図２に示した構成において、測定用レーザ光源１や照準用レーザ光源２から出射された測定光や照準光は、他の光学部材を経由した後に、光ファイバ１１と光ファイバ２１に導入されてファイバ型ＷＤＭ光カプラ３に入射するものであってもよいし、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ３から出射された測定光や照準光は、他の光学部材を経由した後に、コリメータレンズ４に入射するものであってもよい。また、図４に示した構成において、測定用レーザ光源１や照準用レーザ光源２から出射された測定光や照準光は、他の光学部材を経由した後に、測定光用コリメータレンズ１０１や照準光用コリメータレンズ１０２に入射するものであってもよいし、測定光用コリメータレンズ１０１や照準光用コリメータレンズ１０２から出射された測定光や照準光の平行光束は、他の光学部材を経由した後にダイクロイックミラー１１０に入射するもであってもよい。 In addition, the configuration shown in FIGS. 2 and 4 of the above embodiment and combining the measurement light and the aiming light so that the irradiation region of the measuring light is contained within the irradiation region of the aiming light depends on the application. Various modifications may be applied. For example, in the configuration shown in FIG. 2, the measurement light and the aiming light emitted from the measurement laser light source 1 and the aiming laser light source 2 are introduced into the optical fiber 11 and the optical fiber 21 after passing through other optical members. Of the measurement light and the aiming light emitted from the fiber type WDM optical coupler 3 are input to the collimator lens 4 after passing through other optical members. It may be In the configuration shown in FIG. 4, the measurement light and the aiming light emitted from the measurement laser light source 1 and the aiming laser light source 2 pass through other optical members, and then the measurement light collimator lens 101 and the aiming light The collimated light flux of the measuring light and the aiming light emitted from the measuring light collimator lens 101 and the aiming light collimator lens 102 may pass through other optical members. The light may be incident on the dichroic mirror 110.
１…測定用レーザ光源、２…照準用レーザ光源、３…ファイバ型ＷＤＭ光カプラ、４…コリメータレンズ、５…ビームスプリッタ、６…ミラー、７…対物レンズ、８…光検出器、９…計測装置、１００…被測定物、１０１…測定光用コリメータレンズ、１０２…照準光用コリメータレンズ、１１０…ダイクロイックミラー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source for measurement, 2 ... Laser light source for aiming, 3 ... fiber type WDM optical coupler, 4 ... Collimator lens, 5 ... Beam splitter, 6 ... mirror, 7 ... Objective lens, 8 .. Device, 100: object to be measured, 101: collimator lens for measurement light, 102: collimator lens for aiming light, 110: dichroic mirror.
Claims (4)
前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、
前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、
前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光を平行光束に変換して、測定対象物に向けて出射すると共に、前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を、測定光の平行光束と同一光軸かつ測定光の平行光束よりも径が大きい平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射する出射光生成光学系と、
前記測定光の測定対象物による反射光を用いて前記測定対象物の測定を行う測定部とを有し、
前記出射光生成光学系は、
前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光と前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を同一光軸上に合成する波長合成器と、
前記波長合成器で合成された測定光と照準光とが入射するコリメータレンズとを有し、
前記コリメータレンズは、入射した測定光を平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射すると共に、入射した照準光を、測定光の平行光束と同一光軸かつ測定光の平行光束よりも径が大きい平行光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射することを特徴とするレーザ測定装置。
A laser measurement apparatus that combines and emits aiming light, which is a laser beam within a visible range, with measurement light, which is a laser beam whose wavelength is outside the visible range,
A measurement laser light source for emitting the measurement light;
An aiming laser light source for emitting the aiming light;
The measurement light emitted from the measurement laser light source is converted into a parallel light flux and emitted toward the measurement object, and the sighting light emitted from the aiming laser light source is a parallel light flux of the measurement light An outgoing light generation optical system which converts the light into a parallel light flux having the same optical axis and a diameter larger than that of the parallel light flux of the measurement light and emits the light toward the measurement object;
Have a measurement unit for performing measurement of the measurement object by using a light reflected by the measurement object of the measurement light,
The outgoing light generation optical system is
A wavelength combiner for combining the measurement light emitted from the measurement laser light source and the sighting light emitted from the sighting laser light source on the same optical axis;
A collimator lens on which the measurement light and the aiming light combined by the wavelength combiner are incident;
The collimator lens converts the incident measurement light into a collimated light beam and emits the collimated light beam toward the object to be measured, and the collimated collimated light beam of the collimated light beam and the collimated light beam of the measured light A laser measuring apparatus characterized in that it is converted into a parallel luminous flux having a large diameter and emitted toward the object to be measured.
前記コリメータレンズの前記照準光に対する焦点距離は前記測定光に対する焦点距離より大きく、かつ、当該レンズの前記照準光に対するバックフォーカスと前記測定光に対するバックフォーカスとは等しく、The focal length of the collimator lens for the aiming light is greater than the focal length for the measurement light, and the back focus for the aiming light of the lens and the back focus for the measurement light are equal.
前記波長合成器の合成した測定光と照準光の出射位置は、前記コリメータレンズの光軸上の当該コリメータレンズから前記バックフォーカスと等しい距離離れた位置であることを特徴とするレーザ測定装置。The emission position of the measurement light and the aiming light synthesized by the wavelength synthesizer is a position on the optical axis of the collimator lens separated from the collimator lens by the same distance as the back focus.
前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、A measurement laser light source for emitting the measurement light;
前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、An aiming laser light source for emitting the aiming light;
前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光と前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光を同一光軸上に合成する波長合成器と、A wavelength combiner for combining the measurement light emitted from the measurement laser light source and the sighting light emitted from the sighting laser light source on the same optical axis;
前記波長合成器で合成された測定光と照準光とが入射するレンズと、A lens on which the measuring beam and the aiming beam combined by the wavelength combiner are incident;
前記測定光の測定対象物による反射光を用いて測定対象物の測定を行う測定部とを有し、And a measurement unit configured to measure the measurement object using reflected light of the measurement light by the measurement object,
前記レンズは、入射した測定光を所定の拡がり角の光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射すると共に、入射した照準光を、測定光の光束と同一光軸かつ前記測定光の所定の拡がり角よりも拡がり角の大きい光束に変換して、前記測定対象物に向けて出射することを特徴とするレーザ測定装置。The lens converts the incident measurement light into a light beam having a predetermined spread angle and emits the light toward the measurement object, and the sighting light incident thereon is the same optical axis as the light beam of the measurement light and of the measurement light A laser measuring apparatus characterized in that it is converted into a light flux having a larger spread angle than a predetermined spread angle and emitted toward the object to be measured.
前記測定光を出射する測定用レーザ光源と、A measurement laser light source for emitting the measurement light;
前記照準光を出射する照準用レーザ光源と、An aiming laser light source for emitting the aiming light;
前記測定用レーザ光源から出射された前記測定光が入射する測定光用レンズと、A measurement light lens on which the measurement light emitted from the measurement laser light source is incident;
前記照準用レーザ光源から出射された前記照準光が入射する照準光用レンズと、An aiming light lens on which the aiming light emitted from the aiming laser light source is incident;
ダイクロイックミラーと、Dichroic mirror,
前記測定光の測定対象物による反射光を用いて測定対象物の測定を行う測定部とを有し、And a measurement unit configured to measure the measurement object using reflected light of the measurement light by the measurement object,
前記測定光用レンズは、入射する前記測定光を所定の拡がり角の光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、The measurement light lens converts the incident measurement light into a light beam having a predetermined spread angle and emits the light beam to the dichroic mirror.
前記照準光用レンズは、入射する前記照準光を、前記測定光の前記所定の拡がり角よりも大きい拡がり角の光束に変換して前記ダイクロイックミラーに出射し、The aiming light lens converts the incident aiming light into a light beam having a spread angle larger than the predetermined spread angle of the measurement light and emits the light beam to the dichroic mirror.
前記ダイクロイックミラーは、前記測定光用レンズから入射した測定光の光束と前記照準光用レンズから入射した照準光の光束を同一光軸上に合成し、前記測定対象物に向けて出射することを特徴とするレーザ測定装置。The dichroic mirror combines the light flux of the measurement light incident from the measurement light lens and the light flux of the aiming light incident from the aiming light lens on the same optical axis and emits the light toward the measurement object. Laser measuring device characterized by
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