JPH01152387A - レーザドツプラ速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術（第６図） Ｄ発明が解決しようとする問題点（第６図）Ｅ問題点を
解決するための手段（第１図〜第３図）Ｆ作用（第１図
） Ｇ実施例 （Ｇ１）第１の実施例（第１図） （Ｇ２）第２の実施例（第２図） （Ｇ３）第３の実施例（第３図及び第４図）（Ｇ４）第
４の実施例（第５図） （Ｇ５）他の実施例 Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明はレーザドツプラ速度計に関し、特に被測定対象
からの反射光ビームに生ずるドツプラ効果を利用するも
のである。

Ｂ発明の概要 本発明は、レーザドツプラ速度計において、光変調器を
正弦波変調信号によって変調動作させることにより高い
精度で測定結果を得ることができる。

Ｃ従来の技術 従来、この種のレーザドツプラ速度計においては、被測
定対象として例えば移動体、振動体、流体等の速度（す
なわち移動体においては移動速度、振動体においては振
動速度、流体においては流速でなる）を測定するように
なされたものがある（電子通信学会研究報告０ＱＥ８５
−１６０．２５頁〜３ｏ頁）。

すなわち、被測定対象にレーザ光源から得られる光ビー
ムを照射すると、被測定対象の速度に応じて周波数が偏
移した反射光ビームを得ることができる。

従って被測定対象に照射した光ビームに対する反射光ビ
ームの周波数偏移量を測定すれば、被測定対象の速度を
測定することができる。

レーザドツプラ速度計においては、かかる測定原理に基
づいて、レーザ光源から得られる光ビームに対して所定
量だけ周波数偏移した参照光ビームを形成し、当該参照
光ビームを基準にして反射光ビームの周波数偏移量を測
定することにより、被測定対象の速度を測定するように
なされている。

すなわちレーザドツプラ速度計においては、誘電体基板
上に導波路を間に挾んで電極が形成されるようになされ
た光変調器に、レーザ光源から射出された光ビームを入
射して参照光ビームを得ると共に被測定対象に光ビーム
を照射して反射光ビームを得る。

光変調器においては、電極間の印加電圧に応じて導波路
の屈折率が変化することから、入射光ビームに対して印
加電圧に比例して位相が変化した射出光ビームを得るこ
とができる。

従って当該印加電圧ｖ１を次式 ％式％（１） の関係式で表されるように、電圧増加率ａで単調増加す
るようにすれば、入射光ビームＬ、の角周波数を値ω、
とおき、振幅値を値Ｅ３、比例定数を値にとおいて、次
式 ％式％） の関係式で表される値ｋａだけ周波数が偏移した電界強
度Ａ　Ｉ　（。の参照光ビームを得ることができる。

従って第６図に示すように、電極間に鋸歯状波信号Ｓ１
を印加して当該鋸歯状波信号ｓ１の最大電位差Ｖ　＋＊
ａｘ及び最小電位差Ｖ１，７との間で入射光ビームに対
して参照光ビームの位相差が３６００変化するように設
定すれば、鋸歯状波信号Ｓ、の繰り返し周波数を角周波
数ω２で表し、振幅値を値Ｅ、とおいて、次式 ％式％（３） の関係式で表される角周波数ω２だけ周波数が偏移した
電界強度Ａｚ（ｔ＋の参照光ビームを得ることができる
。

これに対して反射光ビームは、被測定対象の速度に応じ
て周波数が偏移することから、当該測定光ビーム及び参
照光ビームを光検出素子に入射するようにすれば、当該
光検出素子を介して参照光ビームを形成する際に用いた
鋸歯状波信号の周波数を中心周波数にして、被測定対象
の速度に応じて周波数偏移する周波数変調信号を得るこ
とができる。

かくして、当該光検出素子の出力信号を鋸歯状波信号の
周波数を中心周波数にしてＦ　Ｍ　（ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）復調することにより、被測
定対象の速度を測定することができる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところが、この種のレーザドツプラ速度計においては、
波形歪が極めて小さくかつ信号レベルが極めて高い精度
で所定の信号レベルに保持された鋸歯状波信号を形成す
る必要がある。

すなわち、鋸歯状波信号に波形歪が生じたり、その信号
レベルが変化すると、参照光ビームの周波数特性が劣化
して、当該参照光ビームに多くの高調波成分が含まれる
ようになる。

光検出素子を介して得られる周波数変調信号が鋸歯状波
信号を中心周波数として被測定対象の速度に応じて周波
数偏移する周波数変調信号でなることから、このように
高調波成分が生じると、中心周波数に対して多くのＫＥ
Ｎ波信号成分が発生することにより測定結果の精度が劣
化する結果になる。

実際上被測定対象が１０　（ｍ／５ｅｃ）程度の移動速
度の移動体の場合においては、鋸歯状波信号として周波
数が１０　（ＭＨｚ）程度で波高値が数１０（Ｖ）程度
の鋸歯状波信号を印加する必要がある。

ところが、光変調器の電極に鋸歯状波信号を印加する場
合に、このように周波数及び信号レベルの大きな鋸歯状
波信号を波形歪を生じることなく印加することは実用上
困難で、結局サイドバンドの発生を避は得ない。

さらに、光検出素子を介して得られる周波数変調信号が
鋸歯状波信号の周波数を中心周波数にする周波数変調信
号でなることから、速度の速い被測定対象を測定する場
合においては、その分鋸歯状波信号の周波数を高くする
必要があり、このような場合においては一段と波形歪が
大きくなって測定結果の精度が低下する。従って実用上
この種のレーザドツプラ速度計においては、速度の速い
被測定対象の速度を測定することが困難な問題があった
。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高い精度
で測定結果を得ることができると共に速度が速い被測定
対象の場合でも、その速度を確実に測定することができ
るレーザドツプラ速度計を提案しようとするものである
。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため第１の発明においては、レ
ーザ光源４から射出された光源用光ビームＬＡＩを被測
定対象３に照射してその反射光によって測定光ビームＬ
Ａ、を得ると共に、光源用光ビームＬ　Ａ　＋を光変調
器１２に入射して参照光ビームＬＡ３を得、参照光ビー
ムＬＡ３及び測定光ビームＬＡ、を含む合成光を光検出
手段２１によって光検出信号Ｓ０に変換し、この光検出
信号Ｓ０に基づいて被測定対象３の速度を測定するよう
になされたレーザドツプラ速度計ＤＥＶにおいて、光変
調器１２を正弦波変調信号Ｓ２によって変調動作させる
ことにより光検出信号Ｓ０に正弦波変調信号Ｓ２に対応
する周波数変調信号成分を生じさせる測定光学系ＤＥＶ
　ｌと、周波数変調信号成分から測定結果信号を形成す
る測定信号形成回路ＤＥＶ２とを設けるようにする。

また第２の発明においては、測定信号形成回路ＤＥＶ２
は、光検出信号Ｓ０に基づいて正弦波変調信号Ｓ！の角
周波数ωコの奇数倍又は偶数倍の角周波数を有する周波
数変調信号成分を発生させ、この周波数変調信号成分を
復調することにより測定結果信号を形成するようにする
。

さらに第３の発明においては、測定信号形成回！８ＤＥ
Ｖ２は、光検出信号Ｓ０に基づいて正弦波変調信号Ｓｉ
の角周波数ω、のＭ／Ｎ倍（Ｍ、　Ｎは整数）の角周波
数を有する周波数変調信号成分を発生させ、この周波数
変調信号成分を復調することにより測定結果信号を形成
するようにする。

Ｆ作用 光変調器１２を正弦波変調信号Ｓ２によって変調動作さ
せるようにしたことにより、従来のように高調波成分が
生じることによって測定精度が劣化するようなおそれを
有効に回避することができる。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

（Ｇ１）第１の実施例 第１図において、ＤＥＶは全体としてレーザドツプラ速
度計を示し、測定光学系ＤＥＶ　１及び測定信号形成回
路ＤＥＶ２を有し、駆動回路２によって駆動されるスピ
ーカ３の振動面を被測定対象として、その振動速度を測
定する。

レーザ光源４から射出された光源用光ビームＬＡ１は誘
電体材料でなる基板５上に形成された導波路６、分岐部
７、導波路８を通って分岐部９に導かれ、導波路１０及
び１）によって分岐して光変調器１２に入射する。

光変調器１２は、基板５上に形成された導波路１３を間
に挟んで対向する一対の電極１４を有し、導波路１３の
一端を導波路１）に接続すると共に、他端を基板５の端
面に形成されたミラ一部１５に接続する。

かくして分岐部９で分岐されて光変調器１２に入射され
た光ビームは、ミラ一部１５で反射された後、再び光変
調器１２を通って分岐部９に向かって射出される。この
ようにして光源用光ビームＬ　Ａ　ｔが電極１４間を通
過する間に、光変調器１２はその位相を偏移させること
により参照光ビームＬＡ、を形成し、これを導波路１）
、分岐部９、導波路８を介して分岐部７に戻して、導波
路２０を介してＰＩＮホトダイオードでなる光検出素子
２１に射出させる。

光変調器１２の電極１４は駆動回路２２に接続され、　
当該駆動回路２２に供給される基準信号Ｓ、に基づいて
、次式 ％式％（４） のように、振幅Ｖ、角周波数ω、をもつ信号レベルＶ　
（ｔｌ　の正弦波変調信号Ｓ２が印加されることにより
、光変調器１２が変調動作する。

その結果光変調器１２を介して得られる参照光ビームＬ
Ａ、は、複素振幅Ｅ　、　、、、を有し、光源用光ビー
ムＬ　Ａ　＋の波長を値λ、電極１４の間隔及び長さを
それぞれ値ｄ−及びし、基板５の屈折率を値ｎ、電気光
学定数を値ｒとしたとき、次式で表される値Ｂｔを用い
ると共に、初期位相を値φ８、振幅値を値Ｅ３とおいた
とき、次式％式％）） で表されるような変化をする。

これに対して導波路ｌＯに導かれた光源用光ビームＬＡ
、は基板５の端面に取り付けられたセルフォックマイク
ロレンズ２３を介してスピーカ３の振動面に照射され、
その反射光ビームＬ　Ａ　ａがセルフォックマイクロレ
ンズ２３、導波路１０、分岐部９、導波路８を介して分
岐部７に戻った後、導波路２０を通って参照光ビームＬ
　Ａ　３と合成されて光検出素子２１に入射される。

従って、スピーカ３における振動面について振幅値を値
Ａ、角周波数を値ω４としたとき変位Ａ　（１）を、次
式 ％式％ の関係式で表すと、測定光ビームＬＡ４の複素振幅Ｅ４
（ｔ、は、振幅値をＥ４として、次式Ｅ４＋ｔ＋ ＝Ｅ４ｅｘｐ　（３−（（＋Ｊ＋ｔ＋Ａ、ｓｉｎω、ｔ
＋φ４））・・・・・・　（８） のように表すことができる。

ここで、振動面の変位Ａ　（ｔｌ　に基づいて測定光ビ
ームＬＡ、に生ずる信号成分は、ドツプラ効果によって
振動面の変位Ａ　（ｔｌ　の変位速度（すなわち変位Ａ
＋ｔ＋　の微分値）に対応する値になるから、当該信号
成分を初期位相φ４と共にＡ、ｓｉｎω４ｔの項として
表すことができる。ただし、Ａ、＝−・４ｆａＡ　　　
　　　　　・・・・・・（９）λ ２πｆａ＝ω４　　　　　　　　　・・・・・・（１０
）である。

従って光検出素子２１の出力端には、参照光ビームＬＡ
Ｉ及び測定光ビームＬＡ、の合成光を２乗検波したと同
様の光検出信号Ｓ０が得られ、これが（６）式及び（８
）式に基づいて、次式５Ｏ（ｔ） ＝　ｌ　Ｅ３＋ｔ＋　＋　Ｅ４（Ｌｌ　ｌ　”＝　（Ｅ
、ｃｏｓ（帽ｔ＋１３，５ｉｎω、ｔ＋φｊ）＋　Ｅ４
．ｃｏｓ（ａ＋１　ｔ　＋　Ａ、ｓｉｎω４ｔ＋φ４）
）２＋　　（Ｅ、５ｉｎ（ω＋ｔ＋Ｂ、ｓｉｎ　ω３　
ｔ　＋　φ；奪）＋　Ｅ４ｓｉｎ（ω１　ｔ　＋　Ａ、
ｓｉｎω４ｔ＋φ４））ｚ＝Ｅ３”　（ｃｏｓ”（ω、
ｔ＋Ｂ＋ｓｉｎω３ｔ＋φ、）＋ｓｉｎ”（ω、を十Ｂ
＋ｓｉｎω３ｔ＋φ３））＋　Ｅａ”　（ｃｏｓ”（ω
＋ｊ＋Ａ＋Ｓｉｎω４ｔ＋φ４）＋ｓｉｎ”（ω＋　ｔ
　＋　Ａ　１ｓｉｎω４ｔ＋φ４））＋２Ｅｘ−Ｅ４ｃ
ｏｓ（ω、ｔ　＋Ｂ、ｓｉｎωｘｔ＋φ３）−ｃｏｓ　
（ω、ｔ＋Ａ、ｓｉｎω４ｔ＋φ４）＋　２　Ｅｚ・Ｅ
ｔｓｉｎ（ω、　ｔ　＋Ｂ、５ｉｎ（ｄ３ｔ＋φ３）・
５ｉｎ（ω、ｔ　＋Ａ、ｓｉｎω４ｔ＋φ４）＝　Ｅｚ
”＋　Ｅａ” ＋　２　Ｆ、＋・Ｅ４ｃｏｓ（Ｂ＋ｓｉｎω３　ｔ−Ａ
、ｓｉｎω４ｔ＋Δφ） ・・・・・・　（１）） ただし Δφ＝φ２−φ１　　　　　　　　・・・・・・（１２
）の関係式で表される信号レベルＳ。（ｔｌを有する。

このように、光検出信号Ｓ０は、振幅値Ｅ、及びＥ４の
２乗和に比例した信号レベルの直流成分（すなわち右辺
第１項及び第２項でなる）に、右辺第３項の交流成分で
なる信号成分を重畳した信号成分をもっている。

そこで、（１））式の右辺第３項について余弦関数部分
だけを抽出して、次式 ％式％（１３） とおくと、次式 ｃｏｓ（Ｂａｓｉｎω、Ｉｔ−Ａ、ｓｉｎω４ｔ＋Δφ
）＝（ｏｓ（Ｂｌｓｉｎω：＋１） ・ｃｏｓ（Ａ　＋ｓｉｎω４を一Δφ）＋５ｉｎ（Ｂ　
１Ｓｉｎωｓｔ） ・５ｉｎ（Ａ　＋ｓｉｎω４を一Δφ）・・・・・・（
１４） のように展開することができる。従って（１４）式は、
ノイマンの公式に基づいて展開することができ、その結
果（１））式の右辺第３項について当該余弦関数部分は
、次式 ％式％） ＝　　（Ｊ、）（Ｂ、）＋２ΣＪ　ｚ＋ａ（Ｂ　＋）ｃ
ｏｓ（２ｍ　ω３　ｔ　））０ｃｏｓ（Ａｌｓｉｎω４
を一Δφ） ・５ｉｎ（Ａ、ｓｉｎω４を一Δφ） ・・・・・・　（１５） のように展開することができる。

このようにして、光検出素子２１から得られる光検出信
号Ｓ０には、電極１４に印加した正弦波変調信号Ｓ２の
角周波数ω、を基本周波数にして、その高調波成分が得
られると共に、当該高調波成分のサイドバンドにスピー
カ３における振動面の振動速度情報が含まれていること
が解る。

この実施例においては、かかる光検出信号Ｓ０から基本
周波数成分及びその２倍の周波数成分とを抽出して、振
動速度を測定するようになされている。

すなわちバンドパスフィルタ回路３０は、光検出素子２
１の光検出信号Ｓ０を受ける中心周波数が正弦波変調信
号Ｓ２の角周波数ω、のバンドパスフィルタ回路で構成
され、その結果当該バンドパスフィルタ回路３０から得
られる出力信号Ｓ。

の信号レベルＳ。Ｌ、は、（１））式及び（１４）式か
ら、 Ｓ　３　（ｔｌ ＝２Ｊ＋（Ｂ＋）Ｅｚ・Ｅ４ｓｉｎω、ｔ・５ｉｎ（Ａ
、ｓｉｎω、　を−Δφ）＝Ｊ＋（Ｂ１）Ｅｚ・Ｂ４ −　Ｅｃｏｓ　（ωｘ　ｔ　　（Ａ＋ｓｉｎω４　ｔ−
Δφ））−ｃｏｓ　（ω、ｔ　＋（Ａ１ｓｉｎω４ｔ−
Δφ））］・・・・・・（１６） になる。

これに対してバンドパスフィルタ回路３１は、光検出素
子２１の光検出信号Ｓ０を受ける中心周波数が正弦波変
調信号Ｓ２の角周波数ω３に対して２倍の角周波数２ω
、のバンドパスフィルタ回路で構成され、　その結果バ
ンドパスフィルタ回路３１から得られる出力信号Ｓ４の
信号レベルＳ４．、は、（１））式及び（１４）式から
、Ｓ４＋ｔｌ ＝２Ｊｚ（Ｂ＋）Ｅｚ・Ｅ４ｃｏｓ２ω２ｔ・ｃｏｓ（
Ａ　、ｓｉｎω４ｔ−Δφ）＝　Ｊ　ｚ（Ｂ　＋）　Ｅ
ｓ・Ｂ４ ・［ｃｏｓ　（２６）ｓ　ｔ　−（Ａ＋ｓｉｎω４を一
Δφ））十ｃｏｓ　（２（ａ＋３ｔ　＋（Ａ、ｓｉｎω
４ｔ−Δφ））］・・・・・・（１７） になる。

この出力信号Ｓ４は乗算回路３２において基準信号Ｓｃ
を乗算され、その乗算出力信号を中心周波数が正弦波変
調信号Ｓ２の角周波数ω３に設定されたバンドパスフィ
ルタ回路３３を介して出力信号Ｓ、として出力する。

かくして得られる出力信号Ｓ、はあたかも中心周波数が
正弦波変調信号８つの２倍の角周波数２ω３でなる信号
成分（（１７）式）を角周波数ω３に低周波変換したと
同様にして、次式 ３式％（） で表される信号レベル５Ｓｃｔ、をもっ。

増幅回路３５、位相回路３６及び増幅回路３７、位相回
路３８は、それぞれバンドパスフィルタ回路３０及び３
３の出力信号Ｓ、及びｓ５の信号しベルが等しくなるよ
うに、当該出力信号Ｓ、及びＳ、を増幅した後、位相合
わせして加算回路３９に出力する。

その結果、加算回路３９を介して、定数Ｃ及びＣＩ　　
（ＣＩ　＝２Ｃ）を用いて、（１６）式及び（１８）式
から、次式 Ｓ　ｂ　（Ｌ） ＝Ｃ，Ｅ、・Ｅ４ ・Ｃｃｏｓ　（ωｉ　ｔ−（Ａ＋ｓｉｎω４ｔ−Δφ）
）−ｃｏｓ　（ω、　ｔ　＋　（Ａ　、ｓｉｎω４を一
Δφ））］＋Ｃ，Ｅ３・Ｅ４ 、［ＣＯ５（（１７３ｔ　−（Ａｔｓｉｎωａ　ｔ−Δ
φ））＋ｃｏｓ　（ω２　ｊ　＋　（ＡＩＳｉｎ（１）
ａ　Ｌ−Δφ））］−Ｃ１・Ｅ３・Ｅ４ ・ｃｏｓ（ω３　ｔ　−（Ａ、ｓｉｎω、　ｔ−Δφ）
）・・・・・・　（１９） で表される信号レベルＳ　ｂ　ｔｔ、の出力信号Ｓ６を
得ることができる。

かくして（１９）式から、出力信号Ｓｈにおいては、正
弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω３を中心周波数にして、
スピーカ３の変位に応じて周波数が偏移した周波数変調
信号が得られることが解る。

この出力信号Ｓ６はＦＭ復調回路４０によって復調処理
され、これによりスピーカ３の振動面の振動速度に対応
する測定出力をＦＭ復調回路４０から出力することがで
きる。

以上の構成において、レーザ光源４から射出された光源
用光ビームＬＡ、は光変調器１２において正弦波変調信
号Ｓ２によって変調処理され、これにより正弦波状に周
波数が偏移する参照光ビームＬＡ３が形成される。

これに対して、光源用光ビームＬＡ、をスピーカ３の振
動面に照射して得られる反射光ビームＬＡ４は、参照光
ビームＬＡ、と共に光検出素子２１に導かれ、その結果
当該光検出素子２１から反射光ビームＬＡ、及び参照光
ビームＬ　Ａ　ｘを２乗検波した光検出信号Ｓ０が得ら
れる。

この光検出信号Ｓ０のうち、　正弦波変調信号Ｓ２の角
周波数ω３を中心周波数とした信号成分が、バンドパス
フィルタ回路３０、増幅回路３５、位相回路３６を介し
て加算回路３９に入力され、これに対して正弦波変調信
号Ｓ２の角周波数ω。

に対して２倍の角周波数２ω、を中心周波数とした信号
成分がバンドパスフィルタ回路３１において抽出され、
乗算回路３２において角周波数ω３に低周波変換された
後バンドパスフィルタ回路３３、増幅回路３７及び位相
回路３８を介して加算回路３９に入力される。

その結果加算回路３９を介して、正弦波変調信号Ｓ２の
角周波数ω３を中心周波数にして、スピーカ３の振動面
の変位に応じて周波数が偏移する周波数変調信号でなる
出力信号Ｓ６が得られ、ＦＭ復調回路４０において復調
されることにより、スピーカ３の振動面の振動速度に対
応する測定出力を得ることができる。

以上の構成によれば、鋸歯状波信号に代えて正弦波変調
信号Ｓ２によって光変調器１２を変調動作させて被測定
対象の速度を測定するようにしたことにより、従来避は
得なかった鋸歯状波信号の波形歪が原因になって生じる
測定精度の劣化を有効に回避することができる。

さらに正弦波変調信号Ｓ２を用いたことにより、当該正
弦波変調信号Ｓ２においては周波数を高くしても波形歪
の発生を有効に回避することができるので、被測定対象
の速度が速い場合には、単に周波数を高くするだけで、
測定精度を劣化させることなく速度を測定することがで
きる。

さらに鋸歯状波信号においては、波形歪がなくしかも高
い精度で信号レベルを維持するために、米麦調器１２と
して駆動回路の構成が複雑なものを適用する必要がある
のに対して、上述の構成によれば、正弦波変調信号Ｓ２
を用いるようにしたことにより、駆動回路及び光検出素
子から得られる出力信号の信号処理回路の構成を一段と
簡略化し得る。

（Ｇ２）第２の実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第２図は、
本発明の第２の実施例を示し、光検出信号Ｓ０をバンド
パスフィルタ回路５０に与えることにより、正弦波変調
信号Ｓ２の角周波数ω、の信号成分と、当該角周波数ω
、の２倍の角周波数２ω、の信号成分とを抽出して信号
処理するようにしたものである。

かくしてバンドパスフィルタ回路５０の出力端には、上
述の（１６）式及び（１７）式によって求めることがで
きた信号成分Ｓ、。、及びＳ　４　（Ｌｌに基づいて、
次式 ％式％（ ））］ の関係式で表される信号レベルＳ、。、の出力信号Ｓ、
を得ることができる。

この場合増幅回路５１及び位相回路５２は、基準信号Ｓ
Ｃを増幅すると共にその位相を調整することにより、振
幅値Ａ、及び位相差φ、を用いて、次式 ％式％（２１） の関係式で表される信号レベルＳ　Ｂ　（ｔ＋の出力信
号Ｓ、を形成する。

また逓倍回路５３、増幅回路５４及び位相回路５５は、
基準信号ＳＣを２Ｊ倍した後、増幅すると共にその位相
を調整することにより、　振幅値Ａ６及び位相差φ６を
用いて、次式 ３式％（２２） の関係式で表される信号レベルＳ、。、の出力信号Ｓ、
を形成する。

乗算回路５６は、位相回路５２及び５５から出力される
出力信号Ｓ８及びＳ、を合成してバンドパスフィルタ回
路５０の出力信号Ｓ７に乗算し、その乗算出力信号をバ
ンドパスフィルタ回路３３を介してＦＭ復調回路４０に
出力する。

その結果乗算回路５６から得られる乗算出力信号のうち
、正弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω、と等しい中心周波
数の信号成分が抽出されてＦＭ復調回路４０に入力され
る。

すなわち、バンドパスフィルタ回路３３の出力端には、
（２０）式の右辺第１項で表される角周波数ω、の信号
成分と（２２）式で表される角周波数ω、の信号成分と
を乗算した結果得られる信号成分のうちの中心周波数ω
３の信号成分と、（２０）式の右辺第２項で表される角
周波数ω、の信号成分と（２１）式で表される角周波数
ω３の信号成分とを乗算した結果得られる信号成分のう
ちの中心周波数ω、の信号成分との和信号Ｓ１゜が得ら
れる。

従ってバンドパスフィルタ回路３３の出力信号Ｓ１゜と
じて、 Ｓ　＋　ｏ　（ｔ＋ ＝ＡＳ・Ｊｚ（Ｂ＋）Ｅａ・Ｅ４ ・Ｃ０３（Ｃ３ｔ−φ５）ｃｏｓ（Ａ　＋ｓｉｎω４を
一Δφ）−Ａ　ｂ・Ｊ　＋　（Ｂ　Ｉ）−Ｅ　３・Ｅ４
・５ｉｎ（ωｚｔ−φｈ）ｓｉｎ（Ａ　＋ｓｉｎω４を
一Δφ）＝−Ａ、・Ｊｚ（Ｂ＋）Ｅｘ・Ｅ４ ・［ｃｏｓ　（Ｃ３を一φＳ −（Ａ　、ｓｉｎω、を−Δφ）） ＋ｃｏｓ　（ω、を一φ５ ＋　（Ａ　＋ｓｉｎω、を一Δφ））］−−Ａ６・Ｊｌ
（Ｂｌ）Ｅ３・Ｅ４ °［ｃｏｓ　　（Ｃ３を一φ。

−（Ａ、ｓｉｎω４を一Δφ）） ＋ＣＯ５（Ｃ３ｔ−φ。

＋（Ａ＋ｓｉｎω４ｔ−Δφ））］ ・・・・・・　（２３） の関係式で表される信号レベルＳ１゜＋１）の出力信号
Ｓ１゜を得ることができる。

従って増幅回路５１及び５４の利得を所定の利得に設定
して、次式 ％式％（２４） の関係式が得られるように出力信号Ｓ、及びＳ。

の信号レベルＳａ＋ｔ＋及びＳ　ｑ　（Ｌｌを所定の値
に設定すると共に位相回路５２及び５５の移相量を調整
して、次式 ％式％ の関係式が得られるように出力信号Ｓａ及びＳ。

の位相差を所定の値に設定することにより、（２３）式
から、次式 Ｓ　＋　ａ　＋ｔ＞ ＝＝Ａ、・ＪＺ（Ｂｌ）Ｅ３・Ｅ４ ・Ｃ０８（ω！ｔ＋Ａ、ｓｉｎω４ｔ＋φ、６−Δφ）
・・・・・・（２６） の関係式で表される信号レベル３１０（ｔ）の出力信号
３１０を得ることができる。

かくして、正弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω３を中心周
波数にして振動面の変位に応じて周波数が偏移する周波
数変調信号を得ることができ、ＦＭ復調回路４０を介し
て復調することにより、振動面の振動速度を測定するこ
とができる。

第２図の構成によれば、第１の実施例の場合と同様の効
果を得ることができ、かくするにつき、正弦波変調信号
Ｓ２の角周波数ω、を中心周波数とした信号成分と、そ
の２倍の角周波数２ω３を有する信号成分とに分離しな
くても良い分、全体としての構成を簡易化し得る。

（Ｇ３）第３の実施例 第２図との対応部分に同一符号を付して示す第３図は、
本発明の第３の実施例を示す。この場合乗算回路５６に
は、基準信号Ｓ、を１／２逓降回路６１．増幅回路６２
、位相回路６３を介して得られる出力信号３１）を、バ
ンドパスフィルタ回路５０から得られる出力信号ｓ、（
（２０）式）を乗算する。

ここで１／２逓降回路６１は基準信号Ｓｃの角周波数を
１７２に逓降することにより、出力信号Ｓ、として次式 ％式％（ のように角周波数がω、／２、振幅Ａ７及び位相差φ７
の出力信号Ｓ、を得る。

その結果乗算回路５６の出力端には次式３式％（） ））］ ））］ −（Ａ＋ｓｉｎω４ｔ−Δφ）） ＋ｃｏｓ　（−ω３ｔ　＋　（Ａ　、ｓｉｎω４ｔ−Δ
φ）一φ７）コ Ａ？Ｊ２（Ｂｌ）Ｅ３・Ｅ４ ＋（Ａ＋ｓｉｎω４を一Δφ）） 一φ、）コ ”　Ａ　？　Ｊ　ｚ　（Ｂ　＋　）　Ｅ　３・Ｅ４−（
Ａ＋ｓｉｎω４を一Δφ）） ＋ｃｏｓ　（二ω：＋ｔ　　（Ａ＋ｓｉｎω４を一Δφ
）一φ７）　］ ”　Ａ　７　Ｊ　ｚ　（Ｂ　＋　）　Ｅ　３・Ｅ４＋（
Ａ、ｓｉｎω４ｔ−Δφ）） ＋ｃｏｓ　　（−ω３　ｔ　＋　（Ａ　＋Ｓｉｎω４を
一Δφ）一φ、）］ ・・・・・・　（２８） のように、正弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω３に対して
３／２倍の角周波数３ω３／２の信号成分を含んでなる
出力信号Ｓ１□が得られる。

この出力信号ＳＩ□のうち、角周波数３ω、／２の信号
成分は、当該角周波数を中心周波数とするバンドパスフ
ィルタ回路６４において抽出され、これによりバンドパ
スフィルタ回路６４の出力端に次式 ％式％ ： ）］ ）］ で表される出力信号Ｓｌｌを得る。

ここでパラメータについて、　Ｊ　＋（Ｂ　＋）　＝　
Ｊ　ｚ（Ｂｌ）、かつφ、＝０、π、２π、３π・・・
・・・のように選定すれば、（２９）式は Ｅｘｓ＜ｔ＋ ＝ＡｔＪ＋（Ｂ＋）Ｅ：＋・Ｅ４ ・ｃｏｓ　（−ω３ｔ−（Ａ＋ｓｉｎω４ｔ−Δφ））
・・・・・・（３０） のように簡略化した数式によって表現できる。

因にＪ　ｌ（Ｂ　ｌ）　＝　Ｊ　２（Ｂ　Ｉ）の条件は
、第４図から明らかなように、Ｂ＋＝２．６においてこ
の条件が成り立つことが解る。

ところがＢ１の値は（５）式で表されるように、正弦波
変調信号Ｓ２の電圧振幅Ｖによって決まるような関係を
もっている。

従って正弦波変調信号Ｓ２の振幅Ｖを調整することによ
ってＢ、　＝２．６　　（従ってＪ、（Ｂｌ）＝Ｊ２（
Ｂ　、））になるように駆動回路２２を調整すれば、（
３０）式によって表されるように、中心周波数が３ω３
／２の周波数変調信号形式の出力信号をバンドパスフィ
ルタ回路６４から得ることができ、これによりＦＭ復調
回路４０において、スピーカ３の振動面の振動速度を表
す測定信号を容易に復調することができる。

なお、出力信号Ｓ１３を得るにつき、その位相差φフを
φ７＝０、π、２π、３π・・・・・・に選定するよう
にしたことに代え、φ７＝π／２．３π／２．５π／２
・・・・・・のように選定しても（３０）式について上
述したと同様の周波数変調信号形式の出力信号Ｓ１３を
得ることができる。

（Ｇ４）第４の実施例 第１図〜第３図の実施例においては、誘電体材料基板５
上に形成した光学素子を用いてドツプラ信号を含んでな
る光検出信号Ｓ０を得るようにした測定光学系を適用し
たが、これに代え、第５図に示すような構成のトワイマ
ングリーン型干渉計を通用しても良い。

第５図の構成の検出装置は、第１図との対応部分に同一
符号を付して示すように、レーザ光源４から射出された
光ビームＬ　Ａ　ｓをハーフミラ−構成のビームスプリ
ッタ７１において振動子７２の方向に折り曲げ、振動子
７２において反射された反射光ビームＬＡ、をビームス
プリッタ７１を透過させて参照光ビームＬＡ、として光
検出素子２１に入射する。

光源４の光ビームＬＡｓのうちビームスプリッタ７１を
透過した光は被観測対象としてのスピーカ３に入射し、
その振動面から反射した反射光ビームＬＡ、がビームス
プリッタ７１において光検出素子２１の方向に折り曲げ
られて測定光ビームＬＡ９として光検出素子２１に入射
する。

第５図の構成において、振動子７２を駆動回路２２の正
弦波変調信号Ｓ２によって振動させると、その振動面が
次式 ％式％（３１） のように、正弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω、で変化す
るような偏移Ｊｉ　Ｄ　（Ｌｌ　で変位する。

その結果参照光ビームＬＡ？は、 Ｅ　Ｉｔ　ＩＬ） ＝Ｅ、ｅｘｐ（ｊ・（ω、ｔ＋Ｄｓｉｎω、ｔ＋φ６）
）・・・・・・（３２） のように光′ｒＡ４の光ビームＬＡＳ角周波数ω、の成
分と、正弦波変調信号Ｓ２の角周波数ω３の信号成分と
、初期位相φ８、振幅値ＥＩｌによって駆動振幅Ｅｓ（
ｔ）によって表すことができるような変化を呈する。

（３１）式及び（３２）式の関係は、第１図の検出装置
において（４）式及び（６）式について上述した関係と
等価な関係をもっている。

これに加えてスピーカの振動面からの反射光ビームＬＡ
、及び測定光ビームＬＡ９の関係は、第１図の検出装置
において（７）式及び（８）式について上述したと等価
な関係をもっている。

かくして第５図の構成の検出装置は、原理上第１図〜第
３図について上述した構成の検出装置と等価な方角的な
機能をもっており、従って第４の実施例においても、第
１図〜第３図について上述したと同様の作用効果を得る
ことができる。

（Ｇ５）他の実施例 １））　　第１図及び第２図の実施例においては、光検
出素子２１の光検出信号から正弦波変調信号Ｓ２の角周
波数ω、をもつ信号成分と、その２倍の角周波数２ω、
をもつ信号成分上を抽出して信号処理する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、例えば２倍の角周波
数２ω、の信号成分と、３倍の角周波数３ω、の信号成
分とを抽出して信号処理しても良く、要は正弦波変調信
号Ｓ２の角周波数ω３に対して、奇数倍の角周波数ω３
．３ω１．５ω、・・・・・・をもつ信号成分と、偶数
倍の角周波数２ω３．４ω、・・・・・・をもつ信号成
分とを併せて信号処理すれば良い。

（２）第１図〜第３図の実施例においては、１つの基板
５上にレーザ光源４から得られる入射光ビームＬＡ、を
分岐及び合成する分岐部７．９及び導波路６．１０．１
）．２０と、光変調器１２とを一体に構成した場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、別体に構成する
ようにしても良い。

（３）第１図〜第３図の実施例においては、導波路を間
に挟んで一対の電極１４を対向するようになされた光変
調器１２を用い、また第５図の実施例においては、振動
子７２を光変調器として用いた場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、要は正弦波変調信号Ｓ２を印加
してそれに応じて正弦波状に周波数が偏移するような変
調光を得ることができるような光変調器を広く適用する
ことができる。

（４）　　上述においては本発明を、スピーカ３の振動
面の振動速度を測定する場合に通用した実施例について
述べたが、本発明はこれに限らず移動物体の移動速度、
流体の流速等ドツプラ効果を利用して速度を測定するよ
うになされたレーザドツプラ速度計に広く通用すること
ができる。

（５）第２図及び第３図の実施例において、乗算回路５
６に角周波数ω、及びω４の信号成分を含んだ出力信号
Ｓ７を入力するにつき、バンドパスフィルタ回路５０に
よって他の角周波数の信号成分を除去するようにしたが
、これに代え、バンドパスフィルタ回路５０を省略して
検出信号Ｓ０を直接乗算回路５６に入力するようにして
も、上述の場合と同様の効果を得ることができる。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、光変調器を正弦波変調信
号によって変調動作させることにより、周波数が正弦波
状に偏移する参照光ビームを形成し、この参照光ビーム
に基づいて被測定対象の速度を測定するようにしたこと
により、簡易な構成で精度の高い測定結果を得ることが
できると共に、速度の速い測定対象でも確実に速度を測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明によるレーザドツプラ
速度計の第１、第２、第３の実施例を示す路線的系統図
、第４図は第３図の実施例における設定条件の説明に供
する信号波形図、第５図は本発明の第４の実施例を示す
路線的系統図、第６図は従来技術の説明に供する信号波
形図である。 ３・・・・・・スピーカ、４・・・・・・レーザ光源、
５・・・・・・基板、６．８．１０．１）．１３．２０
・・・・・・導波路、７．９・・・・・・分岐部、１２
・・・・・・光変調器、２１・・・・・・光検出素子、
３０．３１．３３．５０・・・・・・バンドパスフィル
タ回路、３２．５６・・・・・・乗算回路、３５．３７
．５１．５４．６２・・・・・・増幅回路、３６．３８
．５２．５５．６３・・・・・・位相回路、４０・・・
・・・ＦＭ復調回路、５３・・・・・・逓倍回路、６１
・・・・・・逓降回路、ＤＥＶ・・・・・・レーザドツ
プラ速度計。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源から射出された光源用光ビームを被測
   定対象に照射してその反射光によつて測定光ビームを得
   ると共に、上記光源用光ビームを光変調器に入射して参
   照光ビームを得、上記参照光ビーム及び測定光ビームを
   含む合成光を光検出手段によつて光検出信号に変換し、
   上記光検出信号に基づいて上記被測定対象の速度を測定
   するようになされたレーザドップラ速度計において、 上記光変調器を正弦波変調信号によつて変調動作させる
   ことにより上記光検出信号に上記正弦波変調信号に対応
   する周波数変調信号成分を生じさせる測定光学系と、 上記周波数変調信号成分から測定結果信号を形成する測
   定信号形成回路と を具えることを特徴とするレーザドップラ速度計。
2. （２）上記測定信号形成回路は、上記光検出信号に基づ
   いて上記正弦波変調信号の角周波数の奇数倍又は偶数倍
   の角周波数を有する上記周波数変調信号成分を発生させ
   、上記周波数変調信号成分を復調することにより上記測
   定結果信号を形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のレーザドップラ速度計。
3. （３）上記測定信号形成回路は、上記光検出信号に基づ
   いて上記正弦波変調信号の角周波数のＭ／Ｎ倍（Ｍ、Ｎ
   は整数）の角周波数を有する上記周波数変調信号成分を
   発生させ、上記周波数変調信号成分を復調することによ
   り上記測定結果信号を形成する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のレーザ
   ドップラ速度計。