JP6734886B2 - アダプタ、及び、レーザドップラ速度計システム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ測定装置のアダプタに関するものである。

レーザ測定装置としては、被測定物の移動方向と垂直な方向に対して成す角が+θ、-θとなる方向から、レーザ光を分岐した第１のビームと第２のビームを照射すると共に、第１のビームと第２のビームの反射光を検出し、反射光のビート周波数をヘテロダイン検波して、被測定物の移動速度を算出するレーザドップラ速度計が知られている（特許文献１）。

また、このようなレーザドップラ速度計に関する技術としては、レーザドップラ速度計にアダプタを装着して、当該アダプタにより、第１ビームと第２ビームとの交差角２×θを変更したり、レーザドップラ速度計のワーキングデスタンス（被測定物までの距離）を変更する技術も知られている（特許文献２）。

また、赤外光を用いて距離等を計測するレーザ測定装置において、可視領域の波長のレーザ光である可視レーザ光を照準光として赤外光に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（特許文献３）。

特開２００５-６１９２８号公報 特開平７-５５９４０号公報 特開２００５-０９８８３５号公報

レーザドップラ速度計のようなレーザ製品には、レーザ製品から所定距離の位置で所定サイズの開口を通るレーザ光のパワーの上限を基準の一つとしてレーザ製品の安全性のクラスを定めるIEC60825-1(JIS C 6802)の安全基準が適用される。

たとえば、この安全基準では、可視領域の波長（400nmから700nm）のレーザ光については、レーザ製品から100mmの位置で7mmの開口を通るレーザ光のパワーが１mW未満であることをクラス２の条件としている。

一方、レーザドップラ速度計を単体で用いた場合には、レーザビームの太さを考慮しないとき、100mm離れた位置で第１ビームと第２ビームとの間隔が7mm以上であるレーザドップラ速度計に、上述したアダプタを装着して、100mm離れた位置で第１ビームと第２ビームとの間隔が7mm以内となるように、第１ビームと第２ビームとの光路を変更したい場合がある。

このような場合に、上述のように、照準光として可視領域の波長のレーザ光を第１ビームと第２ビームに重畳するようにすると、レーザドップラ速度計を単体で用いた場合には、100mm離れた7mmの開口内を第１ビームに重畳された可視レーザ光と第２ビームに重畳された可視レーザ光の双方が通ることが無いのに対して、アダプタを装着した場合には、100mm離れた7mmの開口内を第１ビームに重畳された可視レーザ光と第２ビームに重畳された可視レーザ光の双方が通ることとなり、レーザドップラ速度計を単体で用いた場合よりも、100mm離れた7mmの開口を通る可視領域の波長のレーザ光のパワーが増大する。

したがって、アダプタを装着すると、レーザドップラ速度計単体における可視領域の波長のレーザ光についてのクラス２の安全基準を満たすことができなくなることがある。
なお、第１ビームと第２ビームとして用いる波長が不可視領域のレーザ光については、その波長が1400nm以上である場合には、クラスの条件として、波長が可視領域のレーザ光とは異なる条件が適用される。

そこで、本発明は、第１ビームと第２ビームとを出射するレーザ測定装置に装着され、第１ビームと第２ビームとの交差角やワーキングデスタンスを変更するアダプタにおいて、レーザ測定装置単体と同等の安全性の基準を満たすことを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、測定に用いる不可視領域の波長の測定光に、当該測定光の照準用の可視領域の波長の照準光を合成して形成した、第１の合成ビームと第２の合成ビームとを、出射面の離間した位置から、当該出射面から第１の所定距離離れた位置で所定の交差角で交差するように出射するレーザ測定装置の前記出射面に装着されるアダプタとして、前記レーザ測定装置から出射された前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射する光路変更光学系と、前記測定光の波長の光に比べ、前記照準光の波長の光を大きく減衰する光学フィルタとを備えたアダプタを提供する。ここで、前記光路変更光学系は、当該アダプタの前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの出射位置から、第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔が、当該アダプタを装着しない状態で前記レーザ測定装置が前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームを出射した場合における、前記レーザ測定装置の出射面から前記第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔よりも小さくなるように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射する。また、前記光学フィルタは、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路が通る位置に設けられている。

このようなアダプタにおいて、前記測定光の波長を1400nm以上4000nm未満の波長とし、前記照準光の波長を400nm以上の可視領域の波長とし、前記第２の所定距離は100mmとし、当該アダプタを装着しない状態で前記レーザ測定装置が前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームを出射した場合の、前記レーザ測定装置の出射面から、前記第２の所定距離、離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔を7mm超とし、前記光路変更光学系において、当該アダプタの前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの出射位置から、前記第２の所定距離、離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔が、3.5mm超7mm以下となるように前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射するようにしてもよい。

また、以上のアダプタは、前記光路変更光学系において、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが、前記所定の交差角と異なる交差角で交差するように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更するように構成してもよい。

また、以上のアダプタは、前記光路変更光学系において、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが、前記第１の所定距離と異なる距離、前記レーザ測定装置の出射面から離れた位置で交差するように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更するように構成してもよい。

また、以上のアダプタに前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが当該アダプタ内からアダプタ外に出射される光学窓を設け、前記光学フィルタを、前記光学窓を形成するものとしてもよい。

また、以上のアダプタに、前記光学フィルタとして、前記第１の合成ビームの光路が通るように配置された第１の光学フィルタと、前記第２の合成ビームの光路が通るように配置された第２の光学フィルタとの二つの光学フィルタを備えてもよい。

また、以上のアダプタにおいて、前記レーザ測定装置は、被測定対象物で反射して入射した第１の合成ビームと第２の合成ビームの反射光に含まれる前記測定光の反射光を検出し、第１の合成ビームに含まれる前記測定光の反射光と前記第２の合成ビームに含まれる前記測定光の反射光との干渉によるビート信号の周波数から前記測定点の速度を計測するレーザドップラ速度計であってもよい。

本発明は、併せて、装着されるレーザ測定装置を前記レーザドップラ速度計とした１または複数の以上のアダプタと、当該アダプタが前記出射面に選択的に装着されるレーザドップラ速度計を有することを特徴とするレーザドップラ速度計システムも提供する。

以上のようなアダプタによれば、アダプタに備えた光学フィルタによって、第１の合成ビームと第２の合成ビームを、これら合成ビームに含まれる可視領域の波長の照準光の成分を減衰して出射するので、アダプタにおいて、当該アダプタの前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの出射位置から、第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔が、当該アダプタを装着しない状態で前記レーザ測定装置が前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームを出射した場合における、前記レーザ測定装置の出射面から前記第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔よりも小さくなるように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射しても、レーザ測定装置単体が満たしている可視領域の波長のレーザ光についてのクラス２の安全基準を、アダプタを装着した状態においても満たすことができる。

また、以上のようなアダプタによれば、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームに含まれる、測定に用いる測定光の成分を減衰せずにアダプタから出射できるので、当該測定光を用いた測定に支障が生じることはない。

また、出射される前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームに含まれる照準光の成分は減衰してしまうが、照準光は照準用の光であるので、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの交差点において視認できれば足り、多少減衰しても実用上の問題は生じない。

本発明によれば、第１ビームと第２ビームとを出射するレーザ測定装置に装着され、第１ビームと第２ビームとの交差角やワーキングデスタンスを変更するアダプタにおいて、レーザ測定装置単体と同等の安全性の基準を満たすことができる。

本発明の実施形態に係るレーザドップラ速度計システムを示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサユニットの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るアダプタの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るフィルタの特性を示す図である。 本発明の実施形態に係るアダプタの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るアダプタの他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るアダプタの他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係るレーザドップラ速度計システムの構成を示す。
図示するように、レーザドップラ速度計システムは、センサユニット１と、１または複数のアダプタ２と、制御装置３とを含んでいる。
センサユニット１は、先端に設けたセンサユニット光学窓１１から第１合成ビームと第２合成ビームを両ビームの交差点での交差角が2×θ0となるように出射し、センサユニット光学窓１１に入射する第１ビームと第２ビームの被測定物による反射光を光電変換した検出信号、もしくは、検出信号に所定の信号処理を施した信号を制御装置３に出力する。

ここで、図２に、センサユニット１の内部構成を示す。
図示するようにセンサユニット１は、測定用レーザ光源１０１、照準用レーザ光源１０２、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ１０３、コリメータレンズ１０４、ビームスプリッタ１０５、ミラー１０６、対物レンズ１０７、光検出器１０８、計測制御部１０９を備えている。

ここで、測定用レーザ光源１０１は、計測制御部１０９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１０１が出射する近赤外レーザ光の波長としては、1400nmから2600nmまでの高出力でも安全な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。

また、照準用レーザ光源１０２は、計測制御部１０９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。

測定用レーザ光源１０１から出射された測定光と、照準用レーザ光源１０２から出射された照準光はファイバ型ＷＤＭ光カプラ１０３に導入され、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ１０３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１０４に出射する。

コリメータレンズ１０４は、ファイバ型ＷＤＭ光カプラ１０３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１０５に出射する。
ビームスプリッタ１０５は、コリメータレンズ１０４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合成光を、上述した第１合成ビームとして、センサユニット光学窓１１を通して被測定物１００に出射し、分岐した他方の測定光と照準光とよりなる合成光をミラー１０６に向けて出射する。

ミラー１０６は、ビームスプリッタ１０５から入射する合成光を反射し被測定物１００に、上述した第２合成ビームとしてセンサユニット光学窓１１を通して出射する。
ここで、第１合成ビームと第２合成ビームとは、交差角が2×θ0となるように出射する。
ここで、出射された第１合成ビームと第２合成ビームは、被測定物１００の同じ領域を照射する。そして、第１合成ビームの測定光と第２合成ビームの測定光が照射されている領域には、第１合成ビームと第２合成ビームの測定光が照射されると共に、第１合成ビームの照準光と第２合成ビームの照準光による可視の光スポットも形成される。

次に、対物レンズ１０７は、被測定物１００で散乱された第１合成ビームと第２合成ビームの散乱光を光検出器１０８に集光し、光検出器１０８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制御部１０９に出力する。

計測制御部１０９は、光検出器１０８から出力された検出信号、もしくは、検出信号に所定の信号処理を施した信号を制御装置３に出力する。
図１に戻り、制御装置３は、センサユニット１から出力される信号に基づいて被測定物１００の速度の計測などの各種計測処理を行う。
ここで、第１合成ビームの測定光の散乱光の周波数と第２合成ビーム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ーシフトが生じており、光検出器１０８が検出した検出信号には、ドップラーシフトの大きさに応じた周波数のビートが生じている。そして、センサユニット１の計測制御部１０９を、光検出器１０８で検出した検出信号を制御装置３に出力するように構成した場合には、制御装置３は、当該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を算定する処理等を行う。

また、制御装置３は、センサユニット１への電源供給も行う。
次に、アダプタ２は、図１ｂに示すように、ネジ等によりセンサユニット１の先端に選択的に装着して使用される装置であり、装着時にセンサユニット１と反対側となる面にアダプタ光学窓２１が設けられている。

以下、本実施形態に係るアダプタ２について説明する。
まず、上述のように、センサユニット１は、第１合成ビームと第２合成ビームを両ビームの交差点での交差角が2×θ0となるように出射する装置であり、センサユニット１をアダプタ２を装着せずに単体で使用した場合、図３ａに示すように、センサユニット１の先端から第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差点Ｐまでの距離であるワーキングデスタンスはL0となる。

また、上述のようにセンサユニット１は、被測定物１００で反射された第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を光検出器１０８に集光する対物レンズ１０７と、光電変換を行う光検出器１０８とを内蔵している。

以下では、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差点Ｐを通り、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２がなす角度を２等分する直線を「光軸J」と呼んで説明を行う。

なお、本実施形態に係るセンサユニット１では、第１合成ビームＢ１の出射点と第２合成ビームＢ２の出射点の中間点Ｍと、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差点Ｐを結ぶ直線が光軸Ｊとなる。また、図中において時計回り方向に角度を測ることとして、センサユニット１は、第１合成ビームＢ１を、光軸Ｊと成す角の大きさがθ0となるように出射し、第２合成ビームＢ２を-θ0となるように出射している。

次に、図３ｂに、第１のアダプタ２の構成を示す。
図示するように、アダプタ２の内部には、第１合成ビーム用折返ミラー２２、第１合成ビーム用出射ミラー２３、第２合成ビーム用折返ミラー２４、第２合成ビーム用出射ミラー２５が配置されている。また、アダプタ光学窓２１を形成する光学フィルタ２６が、第１合成ビーム、第２合成ビームが光学フィルタ２６を通って外部に出射されるように設けられている。

光学フィルタ２６は、照準光の波長635nm周辺の光を比較的大きく減衰させて透過し、測定光の波長1550nm周辺の光を減衰させずに、または、比較的小さな減衰で透過する透過特性を備えている。

ここで、光学フィルタ２６としては、波長635nm周辺の光のみを大きく減衰させるノッチフィルタや、波長1550nm周辺の光のみをほぼ減衰させずに透過する波長選択フィルタなどを用いることができる。

図３ｂに戻り、第１合成ビーム用折返ミラー２２はミラーホルダ２２０に保持されており、ミラーホルダ２２０をアダプタ２のフレームにネジ等により固定することにより、第１合成ビーム用折返ミラー２２はアダプタ２の内部に固定される。同様に、第１合成ビーム用出射ミラー２３はミラーホルダ２３０に保持されており、ミラーホルダ２３０をアダプタ２のフレームにネジ等により固定することにより、第１合成ビーム用出射ミラー２３はアダプタ２の内部に固定される。また、第２合成ビーム用折返ミラー２４はミラーホルダ２４０に保持されており、ミラーホルダ２４０をアダプタ２のフレームにネジ等により固定することにより、第２合成ビーム用折返ミラー２４はアダプタ２の内部に固定される。また、第２合成ビーム用出射ミラー２５はミラーホルダ２５０に保持されており、ミラーホルダ２５０をアダプタ２のフレームにネジ等により固定することにより、第２合成ビーム用出射ミラー２５はアダプタ２の内部に固定される
アダプタ２の装着時にセンサユニット１側となる面は開放されており、センサユニット１から出射された第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２は、アダプタ２の内部に進入する。

第１合成ビーム用折返ミラー２２は、アダプタ２の内部に進入した第１合成ビームＢ１の光路上に反射面が位置するように配置されており、反射面に入射した第１合成ビームＢ１を反射し、センサユニット１の光軸Ｊに近づく方向に折り返す。また、第２合成ビーム用折返ミラー２４は、アダプタ２の内部に進入した第２合成ビームＢ２の光路上に反射面が位置するように配置されており、反射面に入射した第２合成ビームＢ２を反射し、センサユニット１の光軸Ｊに近づく方向に折り返す。なお、第１合成ビーム用折返ミラー２２と第２合成ビーム用折返ミラー２４とは、センサユニット１の光軸Ｊに対して線対称に配置されている。

ここで、第１合成ビーム用出射ミラー２３は、第１合成ビーム用折返ミラー２２よりも光軸Ｊに近い位置に配置されており、第２合成ビーム用出射ミラー２５は、第２合成ビーム用折返ミラー２４よりも光軸Ｊに近い位置に配置されている。

そして、第１合成ビーム用折返ミラー２２は、このように配置された第１合成ビーム用出射ミラー２３に第１合成ビームＢ１が入射するように第１合成ビームＢ１の反射を行い、第２合成ビーム用折返ミラー２４は、このように配置された第２合成ビーム用出射ミラー２５に第２合成ビームＢ２が入射するように第２合成ビームＢ２の反射を行う。

第１合成ビーム用出射ミラー２３の反射面は、第１合成ビーム用折返ミラー２２で反射され折り返された第１合成ビームＢ１の光路上にあり、反射面に入射した第１合成ビームＢ１を、センサユニット１と反対側に、光軸Ｊと成す角がθ１となるように反射する。また、第２合成ビーム用出射ミラー２５の反射面は第２合成ビーム用折返ミラー２４で折り返された第２合成ビームＢ２の光路上にあり、反射面に入射した第２合成ビームＢ２を、センサユニット１と反対側に、光軸Ｊと成す角が-θ１となるように反射する。なお、第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５とは、センサユニット１の光軸Ｊに対して線対称に配置されている。

そして、第１合成ビーム用出射ミラー２３で反射された第１合成ビームＢ１と、第２合成ビーム用出射ミラー２５で反射された第２合成ビームＢ２は、光学フィルタ２６を通って照準光成分が減衰された上で、アダプタ光学窓２１から出射される。

ここで、第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５の向きは、θ1が|θ1|＜|θ0|となるように設定されており、第１合成ビーム用出射ミラー２３から出射された第１合成ビームＢ１と第２合成ビーム用出射ミラー２５から出射された第２合成ビームＢ２の交差点での交差角は２×θ1となる。

したがって、第１のアダプタ２をセンサユニット１に装着したときの交差角は、図３ａに示したセンサユニット１を単体で用いた場合の交差角2×θ0より小さくなる。このように第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差角を小さくすることにより、より高速なレンジで速度を計測することができる。
また、第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５の向きは、センサユニット１の先端から第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差点Ｐまでの距離がL0となるように設定している。

つまり、第１のアダプタ２をセンサユニット１に装着したときのワーキングデスタンスは、図３ａに示したセンサユニット１を単体で用いた場合のワーキングデスタンスと同じになる。

ここで、図３ａに示すセンサユニット１は、センサユニット１を単体で用いた場合、センサユニット１の先端から100mm離れた位置において、第１合成ビームと第２合成ビームが7mm超離れるように、第１合成ビームと第２合成ビームを出射するように構成されている。ここで、図３ａ、ｂ中のArは、7mmの開口を表している。

一方、センサユニット１に第１のアダプタ２を装着した状態で、第１のアダプタ２の先端から100mm離れた位置において、第１合成ビームと第２合成ビームの間隔が3.5mm超かつ7mm以下離れるように、第１合成ビームと第２合成ビームが出射されるように、第１のアダプタ２の各部のサイズや配置や向きは設定されている。

ここで、IEC60825-1(JIS C 6802)の安全基準によれば、635nmの照準光に対しては、レーザ製品から100mmの位置における7mmの開口を通るレーザ光のパワーが１mW未満であることがクラス２の条件として適用される。

一方、1550nmの測定光に対するクラス１の安全基準は、レーザ製品から100mmの位置における3.5mmの開口を通るレーザ光のパワーの条件が適用される。
実際にはレーザビームの太さを考慮する必要があるが、以下説明を簡略にするため、レーザビームの太さを考慮しない状態で説明する。
1550nmの測定光については、センサユニット単体でも第１のアダプタ２を装着した状態でもレーザ装置の先端（センサユニット単体ではセンサユニット１の先端、第１のアダプタ２を装着した状態では第１のアダプタ２の先端）から100mm離れた位置において第１合成ビームと第２合成ビーム間の距離は3.5mm超離れるので、3.5mmの開口内には第１合成ビームか第２合成ビームの一方のみが通ることとなり、センサユニット１が単体で1550nmの測定光についてのクラス１の条件を満たしている場合、センサユニット１に第１のアダプタ２を装着しても1550nmの測定光についてはクラス１の条件が満たされる。

一方、635nmの照準光については、センサユニット単体では、レーザ装置の先端（センサユニット１の先端）から100mm離れた位置において第１合成ビームと第２合成ビーム間の距離が7mm超離れ7mmの開口内には第１合成ビームと第２合成ビームの一方のみが通ることとなるが、第１のアダプタ２を装着した状態ではレーザ装置の先端（第１のアダプタ２の先端）から100mm離れた位置において第１合成ビームと第２合成ビームの間の距離が7mm以下となり、7mmの開口内に第１合成ビームと第２合成ビームの双方が通り、光学フィルタ２６を設けなかった場合、センサユニット１が単体で635nmの照準光についてクラス２の条件を満たしていても、センサユニット１に第１のアダプを装着することで635nmの照準光についてのクラス２の条件が満たされなくなることがある。

しかし、第１のアダプタ２では、光学フィルタ２６によって照準光の波長635nm周辺の光を大きく減衰させた上で、第１合成ビームと第２合成ビームを出射するので、センサユニット１に第１のアダプタ２を装着した状態においても、635nmの照準光についてクラス２の条件を満たすことができる。

すなわち、本実施形態では、第１のアダプタ２の光学フィルタ２６は、測定光の波長1550nm周辺の光をほぼ減衰させず、かつ、635nmの照準光についてはクラス２の条件が満たされるように波長635nm周辺の光を比較的大きく減衰させる透過特性を備えたものを用いている。

ここで、図４に、このような光学フィルタ２６の透過特性の例を示す。
図示するように、この例では、光学フィルタ２６の透過特性は、測定光の波長1550nm周辺の光をほぼ減衰させず、照準光の波長635nm周辺の光を60%から70%程度減衰させるものとなっている。ただし、光学フィルタ２６の透過特性は、波長635nm周辺の光のパワーを半分未満とするものであれば充分である。

以上のような第１のアダプタ２によれば、第１の合成ビームと第２の合成ビームに含まれる、測定に用いる測定光の成分は減衰せずにアダプタ２から出射できるので、当該測定光を用いた測定に支障が生じることはない。

また、出射される前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームに含まれる照準光の成分は減衰してしまうが、照準光は照準用の光であるので、第１の合成ビームと第２の合成ビームの交差点において視認できれば足り、多少減衰しても実用上の問題は生じない。

以上、本実施形態に係る第１のアダプタ２について説明した。
以下、本実施形態に係る第２のアダプタ２について説明する。
図５ａに、第２のアダプタ２の構成を示す。
図５ａに示すように、第２のアダプタ２の構成は、図３ｂに示した第１のアダプタ２と同様に、第１合成ビーム用折返ミラー２２、第１合成ビーム用出射ミラー２３、第２合成ビーム用折返ミラー２４、第２合成ビーム用出射ミラー２５、光学フィルタ２６を備えている。また、第２のアダプタ２は、補正レンズ２７を備えている。

また、第２のアダプタ２では、第１合成ビーム用出射ミラー２３を、反射面に入射した第１合成ビームＢ１を、センサユニット１と反対側に、光軸Ｊと成す角がθ0となるように反射する向きで配置し、第２合成ビーム用出射ミラー２５を、反射面に入射した第２合成ビームＢ２を、センサユニット１と反対側に、光軸Ｊと成す角が-θ0となるように反射する向きで配置している。

したがって、上述のように第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５の向きを設定しているので、第２のアダプタ２から出射された第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差点での交差角は2×θ0となり、図３ａに示したセンサユニット１を単体で用いた場合の交差角2×θ0と等しくなる。

また、第２のアダプタ２から出射された第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２は、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２を光軸Ｊに近づく方向に折り返すことにより、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２との間の間隔を狭めた上で、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２との交差点における交差角がセンサユニット１を単体で使用した場合と等しくなるように進行方向を変更して出射しているので、第２のアダプタ２をセンサユニット１に装着したときのワーキングデスタンスL1は、図３ａに示したセンサユニット１を単体で用いた場合のワーキングデスタンスL0より小さくなる。

したがって、第２のアダプタ２によれば、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２の交差角を変化させることなく、ワーキングデスタンスを小さくすることができる。
センサユニット１の対物レンズ１０７は、光軸Ｊ方向にセンサユニット１の先端からセンサユニット１を単体で用いた場合のワーキングデスタンスL0離れた位置で反射した第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を、光検出器１０８に良好に集光できるように焦点距離が設定されている。

第２のアダプタ２によってワーキングデスタンスをL1に変更すると、対物レンズ１０７のみによっては、第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を、光検出器１０８に良好に集光できない。

第２のアダプタ２の補正レンズ２７は、このようなワーキングデスタンスの変更による、光検出器１０８への集光の問題を解決するために設けられており、補正レンズ２７と対物レンズ１０７との合成焦点距離が、光軸Ｊ方向にセンサユニット１の先端からワーキングデスタンスL1離れた位置で反射した第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を光検出器１０８に良好に集光できる焦点距離となるように、補正レンズ２７の焦点距離は設定されている。

以上、第２のアダプタ２について説明した。
第２のアダプタ２によれば、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２交差角を変化させることなくワーキングデスタンスを小さくすることができる。
ここで、第２のアダプタ２においても、センサユニット１に第２のアダプタ２を装着した状態で、第２のアダプタ２の先端から100mm離れた位置において、第１合成ビームと第２合成ビームの距離が3.5mm超かつ7mm以下離れ、第１合成ビームと第２合成ビームが出射されるように、第２のアダプタ２の各部のサイズや配置や向きは設定されている。

第２のアダプタ２においても、光学フィルタ２６を、測定光の波長1550nm周辺の光をほぼ減衰させず、かつ、センサユニット１に第２のアダプタ２を装着した状態において、635nmの照準光についてのクラス２の条件が満たされるように波長635nm周辺の光を比較的大きく減衰させる透過特性の光学フィルタ２６とすることで第２のアダプタ２を装着しても安全基準を満たすことができる。

次に、本実施形態に係る第３のアダプタ２について説明する。
図５ｂに、第３のアダプタ２の構成を示す。
図示するように、第３のアダプタ２は、図５ａに示した第２のアダプタ２において、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２との交差点における交差角2×θ2がセンサユニット１を単体で使用した場合の交差角より小さくなり、ワーキングデスタンスL2がセンサユニット１を単体で用いた場合のワーキングデスタンスL0より小さくなるように第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５の向きを設定したものである。

なお、第３のアダプタ２の補正レンズ２７の焦点距離は、補正レンズ２７と対物レンズ１０７との合成焦点距離が、光軸Ｊ方向にセンサユニット１の先端からワーキングデスタンスL2離れた位置で反射した第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を光検出器１０８に良好に集光できる焦点距離となるように設定されている。

ここで、第３のアダプタ２においても、センサユニット１に第３のアダプタ２を装着した状態で、第３のアダプタ２の先端から100mm離れた位置において、第１合成ビームと第２合成ビームの距離が3.5mm超かつ7mm以下離れ、第１合成ビームと第２合成ビームが出射されるように、第３のアダプタ２の各部のサイズや配置や向きは設定されている。

また、第３のアダプタ２においても、光学フィルタ２６を、測定光の波長1550nm周辺の光をほぼ減衰させず、かつ、センサユニット１に第２のアダプタ２を装着した状態において、635nmの照準光についてのクラス２の条件が満たされるように波長635nm周辺の光を比較的大きく減衰させる透過特性の光学フィルタ２６とすることで第３のアダプタ２を装着しても安全基準を満たすことができる。

次に、本実施形態に係る第４のアダプタについて説明する。
図５ｃに、第４のアダプタの構成を示す。
図示するように、第４のアダプタは、図５ａに示した第２のアダプタ２において、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２との交差点における交差角2×θ3がセンサユニット１を単体で使用した場合の交差角より小さくなり、ワーキングデスタンスL3がセンサユニット１を単体で用いた場合のワーキングデスタンスL0より大きくなるように第１合成ビーム用出射ミラー２３と第２合成ビーム用出射ミラー２５の向きを設定したものである。

なお、第４のアダプタ２の補正レンズ２７の焦点距離は、補正レンズ２７と対物レンズ１０７との合成焦点距離が、光軸Ｊ方向にセンサユニット１の先端からワーキングデスタンスL3離れた位置で反射した第１合成ビームと第２合成ビームの反射光を光検出器１０８に良好に集光できる焦点距離となるように設定されている
ここで、第４のアダプタ２においても、センサユニット１に第４のアダプタ２を装着した状態で、第４のアダプタ２の先端から100mm離れた位置において、第１合成ビームと第２合成ビームの距離が3.5mm超かつ7mm以下離れ、第１合成ビームと第２合成ビームが出射されるように、第４のアダプタ２の各部のサイズや配置や向きは設定されている。

第４のアダプタ２においても、光学フィルタ２６を、測定光の波長1550nm周辺の光をほぼ減衰させず、かつ、センサユニット１に第２のアダプタ２を装着した状態において、635nmの照準光についてのクラス２の条件が満たされるように波長635nm周辺の光を比較的大きく減衰させる透過特性の光学フィルタ２６とすることで第４のアダプタ２を装着しても安全基準を満たすことができる。

以上、本実施形態に係るアダプタ２について説明した。
ところで、以上に示してきた第１のアダプタ２や第３のアダプタ２や第４のアダプタ２をセンサユニット１に装着して計測を行う場合、センサユニット１を単体で使用した場合と交差角が異なるので、観測されるビート信号の周波数と速度の関係が変化する。

したがって、制御装置３における速度の算出動作の設定を、装着したアダプタ２や、アダプタ２を装着したときの交差角に応じて変更する必要がある。
このような設定の変更は、ユーザが、装着したアダプタ２に応じて、制御装置３に対して行うようにする。
以上の実施形態においては、光学フィルタ２６をアダプタ２のアダプタ光学窓２１を形成するように設けたが、これは、図６ａに示すように、アダプタ光学窓２１を形成する保護ガラス６００を設け、光学フィルタ２６を、保護ガラス６００とは別に、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２が光学フィルタ２６を通るように設けてもよい。

または、図６ｂ、ｃに示すように、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２のそれぞれに対応する光学フィルタ２６を計２つ、各光学フィルタ２６を対応する合成ビームが通るように設けても良い。

この場合には、図６ｂに示すように、アダプタ光学窓２１を形成する保護ガラス６００を設け、保護ガラス６００上に蒸着などにより２つの光学フィルタ２６を形成するようにしてもよいし、図６ｃに示すように、アダプタ光学窓２１を形成する保護ガラス６００を設けた上で、保護ガラス６００とは別に、２つの光学フィルタ２６を設けるようにしてもよい。

または、アダプタ光学窓２１を形成する保護ガラス６００を設けると共に、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２のそれぞれに対応する光学フィルタ２６を計２つ、対応する合成ビームの光路上の任意の位置に配置するようにしてもよい。すなわち、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２のそれぞれに対応する光学フィルタ２６は、図６ｄに示すように、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２がセンサユニット１から入射する光路上等に設けるようにしてもよい。

ここで、以上の実施形態において、光学フィルタ２６として特定の波長周辺の光を反射することにより透過光に含まれる当該特定の波長成分を減衰する反射型の光学フィルタ２６を用いる場合、図７ａに模式的に示すように、光学フィルタ２６による反射光rの光路中に植毛紙等の吸収体７００を設け、当該反射光rがセンサユニット１に入射しないようにすることが好ましい。
また、この場合、光学フィルタ２６による反射光rの光路が、第１合成光や第２合成光や第１合成光の反射光や第２合成光の反射光の光路外において吸収体７００によって光学フィルタ２６による反射光を吸収できる光路となる入射角度で第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２が入射するように、光学フィルタ２６の形状や配置をを設定する。たとえば、図７ｂに示すように、光学フィルタ２６の形状を屈曲させた形状として、第１合成ビームＢ１と第２合成ビームＢ２が入射する位置における面が、光軸Ｊを法線とする面から傾けて設けることにより、第１合成光や第２合成光や第１合成光の反射光や第２合成光の反射光の光路外に配置した吸収体７００に向かう光路に反射光rの光路を設定する等してよい。

１…センサユニット、２…アダプタ、３…制御装置、１１…センサユニット光学窓、２１…アダプタ光学窓、２２…第１合成ビーム用折返ミラー、２３…第１合成ビーム用出射ミラー、２４…第２合成ビーム用折返ミラー、２５…第２合成ビーム用出射ミラー、２６…光学フィルタ、２７…補正レンズ、１００…被測定物、１０１…測定用レーザ光源、１０２…照準用レーザ光源、１０３…ファイバ型ＷＤＭ光カプラ、１０４…コリメータレンズ、１０５…ビームスプリッタ、１０６…ミラー、１０７…対物レンズ、１０８…光検出器、１０９…計測制御部、２２０…ミラーホルダ、２３０…ミラーホルダ、２４０…ミラーホルダ、２５０…ミラーホルダ、６００…保護ガラス、７００…吸収体。

Claims (8)

1. 測定に用いる不可視領域の波長の測定光に、当該測定光の照準用の可視領域の波長の照準光を合成して形成した、第１の合成ビームと第２の合成ビームとを、出射面の離間した位置から、当該出射面から第１の所定距離離れた位置で所定の交差角で交差するように出射するレーザ測定装置の前記出射面に装着されるアダプタであって、
   前記レーザ測定装置から出射された前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射する光路変更光学系と、
   前記測定光の波長の光に比べ、前記照準光の波長の光を大きく減衰する光学フィルタとを備え、
   前記光路変更光学系は、当該アダプタの前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの出射位置から、第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔が、当該アダプタを装着しない状態で前記レーザ測定装置が前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームを出射した場合における、前記レーザ測定装置の出射面から前記第２の所定距離離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔よりも小さくなるように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射し、
   前記光学フィルタは、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路が通る位置に設けられていることを特徴とするアダプタ。
2. 請求項１記載のアダプタであって、
   前記測定光の波長は1400nm以上4000nm未満の波長であり、前記照準光の波長は400nm以上の可視領域の波長であり、前記第２の所定距離は100mmであり、
   当該アダプタを装着しない状態で前記レーザ測定装置が前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームを出射した場合における、前記レーザ測定装置の出射面から前記第２の所定距離、離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔は7mm超であり、
   前記光路変更光学系は、当該アダプタの前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの出射位置から、前記第２の所定距離、離れた位置における前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビーム間の間隔が、3.5mm超7mm以下となるように前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更して出射することを特徴とするアダプタ。
3. 請求項１または２記載のアダプタであって、
   前記光路変更光学系は、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが、前記所定の交差角と異なる交差角で交差するように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更することを特徴とするアダプタ。
4. 請求項１、２または３記載のアダプタであって、
   前記光路変更光学系は、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが、前記第１の所定距離と異なる距離、前記レーザ測定装置の出射面から離れた位置で交差するように、前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームの光路を変更することを特徴とするアダプタ。
5. 請求項１、２、３または４記載のアダプタであって、
   前記第１の合成ビームと前記第２の合成ビームが当該アダプタ内からアダプタ外に出射される光学窓を有し、
   前記光学フィルタは、前記光学窓を形成していることを特徴とするアダプタ。
6. 請求項１、２、３または４記載のアダプタであって、
   前記光学フィルタとして、前記第１の合成ビームの光路が通るように配置された第１の
   光学フィルタと、前記第２の合成ビームの光路が通るように配置された第２の光学フィルタとの二つの光学フィルタを備えていることを特徴とするアダプタ。
7. 請求項１、２、３、４、５または６記載のアダプタであって、
   前記レーザ測定装置は、被測定対象物で反射して入射した第１の合成ビームと第２の合成ビームの反射光に含まれる前記測定光の反射光を検出し、第１の合成ビームに含まれる前記測定光の反射光と前記第２の合成ビームに含まれる前記測定光の反射光との干渉によるビート信号の周波数から前記被測定対象物の速度を計測するレーザドップラ速度計であり、当該レーザドップラ速度計に装着されることを特徴とするアダプタ。
8. １または複数の請求項７記載のアダプタと、当該アダプタが前記出射面に選択的に装着されるレーザドップラ速度計を有することを特徴とするレーザドップラ速度計システム。