JPH03118477A - ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 - Google Patents
ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計Info
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- JPH03118477A JPH03118477A JP25521689A JP25521689A JPH03118477A JP H03118477 A JPH03118477 A JP H03118477A JP 25521689 A JP25521689 A JP 25521689A JP 25521689 A JP25521689 A JP 25521689A JP H03118477 A JPH03118477 A JP H03118477A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、被測定物の変位及び速度を計測するビーム
分岐光学系を用いたレーザドツプラ振動計に関する。
分岐光学系を用いたレーザドツプラ振動計に関する。
〔従来の技術ｊ
従来の技術による被測定物の変位及び速度を計測するビ
ーム分岐光学系を用いたレーザドツプラ振動計は、第３
図に示すような光学系基本構成のものである。即ち、受
光ファイバで接続された垂直振動計測用プローブＡと信
号処理部Ｂとから構成され、垂直振動計測用プローブＡ
においては、レーザドライバ８１と半導体レーザ８２と
からなるレーザ光源、コリメートレンズ８３、第１ビー
ムスプリツタ８４、偏光ビームスプリンタ８５、凹レン
ズ８６、λ／４板８７及びカメラレンズ８８が直線的に
並ぶ光学系、第１ビームスプリツタ８４から分岐し、第
２ビームスプリツタ８９に到る光路中の音響光学変調器
９０、偏光ビームスプリッタ８５から分岐した光線を第
２ビームスプリツタ８９に指向させるミラー９１、並び
に第２ビームスプリツタ８９先端のフォーカスレンズ９
２が設けられている。
ーム分岐光学系を用いたレーザドツプラ振動計は、第３
図に示すような光学系基本構成のものである。即ち、受
光ファイバで接続された垂直振動計測用プローブＡと信
号処理部Ｂとから構成され、垂直振動計測用プローブＡ
においては、レーザドライバ８１と半導体レーザ８２と
からなるレーザ光源、コリメートレンズ８３、第１ビー
ムスプリツタ８４、偏光ビームスプリンタ８５、凹レン
ズ８６、λ／４板８７及びカメラレンズ８８が直線的に
並ぶ光学系、第１ビームスプリツタ８４から分岐し、第
２ビームスプリツタ８９に到る光路中の音響光学変調器
９０、偏光ビームスプリッタ８５から分岐した光線を第
２ビームスプリツタ８９に指向させるミラー９１、並び
に第２ビームスプリツタ８９先端のフォーカスレンズ９
２が設けられている。
信号処理部Ｂには、光検出器９３及びそれに接続された
プリアンプ９４等と共に音響光学変調器９０に入力する
ドライバ９５が設けられている。
プリアンプ９４等と共に音響光学変調器９０に入力する
ドライバ９５が設けられている。
そうして、垂直振動計測用プローブＡのフォーカスレン
ズ９２と信号処理部Ｂの光検出器９３とは受光ファイバ
９６により接続されている。
ズ９２と信号処理部Ｂの光検出器９３とは受光ファイバ
９６により接続されている。
上記のレーザドツプラ振動計において、半導体レーザ８
２からの出射光は、コリメートレンズ８３によってコリ
メートされ、第１ビームスプリツタ８４によって透過光
と反射光とに分岐される。
２からの出射光は、コリメートレンズ８３によってコリ
メートされ、第１ビームスプリツタ８４によって透過光
と反射光とに分岐される。
透過光は、偏光ビームスプリッタ８５、凹レンズ８６、
λ／４板８板瓦７カメラレンズ８８を通って被測定物Ｗ
に照射され、その散乱光が再び偏光ビームスプリッタ８
５に返る。散乱光は、λ７４板８７を往復することで偏
波面が９０度回転されているので。
λ／４板８板瓦７カメラレンズ８８を通って被測定物Ｗ
に照射され、その散乱光が再び偏光ビームスプリッタ８
５に返る。散乱光は、λ７４板８７を往復することで偏
波面が９０度回転されているので。
偏光ビームスプリンタ８５で反射され、それからミラー
９１、第２ビームスプリツタ８９及びフォーカスレンズ
９２の光路を通り１通信光として受光ファイバ９６に入
射される。
９１、第２ビームスプリツタ８９及びフォーカスレンズ
９２の光路を通り１通信光として受光ファイバ９６に入
射される。
他方、反射光は、音響光学変調器９０によって所定周波
数だけシフトされ、第２ビームスプリンタ８９及びフォ
ーカスレンズ９２の光路を通り、参照光として受光ファ
イバ９６に入射される。
数だけシフトされ、第２ビームスプリンタ８９及びフォ
ーカスレンズ９２の光路を通り、参照光として受光ファ
イバ９６に入射される。
周波数の異なる信号光と参照光とは、受光ファイバ９６
で信号処理部Ｂの光検出器９３に導かれ、光検出器９３
から得られる２つの光の周波数差に相当するビート周波
数が信号処理部Ｂで計測される。
で信号処理部Ｂの光検出器９３に導かれ、光検出器９３
から得られる２つの光の周波数差に相当するビート周波
数が信号処理部Ｂで計測される。
信号光の周波数は、被測定物Ｗの移動によるドツプラ効
果に基づき、移動速度に応じた周波数のシフトが行われ
るので、ビート周波数もそれに応じて変化する。その変
化したビート周波数を測定することにより垂直方向の移
動速度を知ることができる。
果に基づき、移動速度に応じた周波数のシフトが行われ
るので、ビート周波数もそれに応じて変化する。その変
化したビート周波数を測定することにより垂直方向の移
動速度を知ることができる。
従来の技術によるレーザドツプラ振動計においては、垂
直振動計測用プローブＡのカメラレンズから被測定物に
レーザビームが照射された上、被測定物で反射され、通
信光として受光ファイバを介して信号処理部に入射する
。そのため、通信光の光路長は、参照光の光路長に比し
少なくともカメラレンズから被測定物までの距離の２倍
長だけ長い上、垂直振動計測用プローブＡ内においても
前者の光路長は、後者の光路長より長くなっており、両
者の光路長の差は大きい。ところが、レーザドツプラ振
動計においては、両者の光路長の差が大きいと検出信号
出力が小さくなる。
直振動計測用プローブＡのカメラレンズから被測定物に
レーザビームが照射された上、被測定物で反射され、通
信光として受光ファイバを介して信号処理部に入射する
。そのため、通信光の光路長は、参照光の光路長に比し
少なくともカメラレンズから被測定物までの距離の２倍
長だけ長い上、垂直振動計測用プローブＡ内においても
前者の光路長は、後者の光路長より長くなっており、両
者の光路長の差は大きい。ところが、レーザドツプラ振
動計においては、両者の光路長の差が大きいと検出信号
出力が小さくなる。
しかも、プローブ部は構成部品が多く、構造の複雑・大
型が避られないので、カメラレンズを被測定物に接近す
ることができず、操作性が悪く、被測定物が制限される
。そのことは、プローブ部のカメラレンズ箇所に光ファ
イバを取付け、光ファイバの先端を被測定物に接近させ
ることで解消するが、前記の光路長差は益々増大し、性
能は低下する。
型が避られないので、カメラレンズを被測定物に接近す
ることができず、操作性が悪く、被測定物が制限される
。そのことは、プローブ部のカメラレンズ箇所に光ファ
イバを取付け、光ファイバの先端を被測定物に接近させ
ることで解消するが、前記の光路長差は益々増大し、性
能は低下する。
更に、損失が多いビームスプリッタを用いて偏波面が直
交する２種の反射光（入光と逆方向の光）を分岐して入
射光と同一の偏波面の反射光を取出しているため、光検
出器における光量が減少し。
交する２種の反射光（入光と逆方向の光）を分岐して入
射光と同一の偏波面の反射光を取出しているため、光検
出器における光量が減少し。
レーザの出力を過大にする必要がある。
この発明によるビーム分岐光学系を用いたレーザドツプ
ラ振動計は、光学系装置部とプローブ部とその両者を接
続する偏波面保存光ファイバとから構成され、プローブ
部は、偏波面保存光ファイバとの結合部で偏波面保存光
ファイバにより搬送されてきたレーザビームを参照光と
なる反射光と被測定体に照射され、被測定体で反射され
た物体光となる透過光とに分岐し、物体光の偏波面を直
角に回転する光学系をもち、光学系装置部は、レーザ光
源と、ファラデ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ／２
板及び光路屈曲手段の組合せより構成され、互に偏波面
が直交する参照光と物体光とを分岐・合流する夫々の光
路である２光路を成すと共に、前記２光路中の１光路の
一部はレーザ光源からプローブ部へのレーザビームの光
路を成し２光路中の１光路に光学変調手段を設けた光学
系と、一方が光学変調された物体光と参照光とで生じる
ビートを検出し、被測定体の移動速度を演算する信号処
理部とを備えている。
ラ振動計は、光学系装置部とプローブ部とその両者を接
続する偏波面保存光ファイバとから構成され、プローブ
部は、偏波面保存光ファイバとの結合部で偏波面保存光
ファイバにより搬送されてきたレーザビームを参照光と
なる反射光と被測定体に照射され、被測定体で反射され
た物体光となる透過光とに分岐し、物体光の偏波面を直
角に回転する光学系をもち、光学系装置部は、レーザ光
源と、ファラデ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ／２
板及び光路屈曲手段の組合せより構成され、互に偏波面
が直交する参照光と物体光とを分岐・合流する夫々の光
路である２光路を成すと共に、前記２光路中の１光路の
一部はレーザ光源からプローブ部へのレーザビームの光
路を成し２光路中の１光路に光学変調手段を設けた光学
系と、一方が光学変調された物体光と参照光とで生じる
ビートを検出し、被測定体の移動速度を演算する信号処
理部とを備えている。
上記のビーム分岐光学系を用いたレーザドツプラ振動計
において、レーザーから出射されたレーザービームは、
光学系装置部の２光路中の１光路の一部を通り、偏波面
保存光ファイバを介して、プローブ部に入射し、その一
部は反射されて参照光となり、他の一部はプローブ部を
透過し、被測定体に照射され、被測定体で反射された物
体光をなって再びプローブ部に逆に入射し、参照光と共
に再び偏波面保存光ファイバを介して、光学系装置部に
戻る。その際、物体光は、プローブ部の透過により偏波
面が直角に回転されているので、物体光と参照光とは、
互に偏波面が直交している。
において、レーザーから出射されたレーザービームは、
光学系装置部の２光路中の１光路の一部を通り、偏波面
保存光ファイバを介して、プローブ部に入射し、その一
部は反射されて参照光となり、他の一部はプローブ部を
透過し、被測定体に照射され、被測定体で反射された物
体光をなって再びプローブ部に逆に入射し、参照光と共
に再び偏波面保存光ファイバを介して、光学系装置部に
戻る。その際、物体光は、プローブ部の透過により偏波
面が直角に回転されているので、物体光と参照光とは、
互に偏波面が直交している。
光学系装置部に入射した互に偏波面が直交している物体
光と参照光とは、２光路に分岐され、ま夫々の光路を進
み、再び合流して信号処理部に入射する。その際、分岐
と合流との間にファラデ回転子、偏光ビームスプリンタ
及びλ／２板の組合せ作用により光路の一部を共用する
レーザーから出射されたレーザービームとの分岐が行わ
れ、且つ互に偏波面が直交している物体光と参照光とは
、偏波面が同−向きにされると共に両者の一方は、光学
変調手段により光学変調される。
光と参照光とは、２光路に分岐され、ま夫々の光路を進
み、再び合流して信号処理部に入射する。その際、分岐
と合流との間にファラデ回転子、偏光ビームスプリンタ
及びλ／２板の組合せ作用により光路の一部を共用する
レーザーから出射されたレーザービームとの分岐が行わ
れ、且つ互に偏波面が直交している物体光と参照光とは
、偏波面が同−向きにされると共に両者の一方は、光学
変調手段により光学変調される。
かくして、同−向きの偏波面で、且つ周波数差をもって
信号処理部に入射した物体光と参照光とは、信号処理部
においてビートが検出され、それに基づいて被測定体の
移動速度乃至変位量が演算される。
信号処理部に入射した物体光と参照光とは、信号処理部
においてビートが検出され、それに基づいて被測定体の
移動速度乃至変位量が演算される。
この発明の実施例を図面ｔこ従って説明する。
第１図に示す第１実施例におけるレーザドツプラ振動計
は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系装
置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ１１と出力管１２とからなるガスレ
ーザ光源１０、第１偏光ビームスプリツタ１３、ファラ
デ回転子１４、λ／２板１５．４５度ミラー１６．第２
偏光ビームスプリツタ１７及びフォーカスレンズ１８が
順次並ぶ光学系と、第２偏光ビームスプリツタ１７から
分岐した光路中のλ／２板Ｉ９、ビームスプリンタ２０
及び信号処理部２１が順次直線的に並ぶ光学系と、第１
偏光ビームスプリンタ１３から分岐し、ビームスプリッ
タ２０に到る光路中の音響光学変調器２２とから構成さ
れ、信号処理部２１には、光検出器２３とそれに接続さ
れたプリアンプ２４等が設けられていると共に、音響光
学変調器に入力するドライバ２５が備えられている。
は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系装
置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ１１と出力管１２とからなるガスレ
ーザ光源１０、第１偏光ビームスプリツタ１３、ファラ
デ回転子１４、λ／２板１５．４５度ミラー１６．第２
偏光ビームスプリツタ１７及びフォーカスレンズ１８が
順次並ぶ光学系と、第２偏光ビームスプリツタ１７から
分岐した光路中のλ／２板Ｉ９、ビームスプリンタ２０
及び信号処理部２１が順次直線的に並ぶ光学系と、第１
偏光ビームスプリンタ１３から分岐し、ビームスプリッ
タ２０に到る光路中の音響光学変調器２２とから構成さ
れ、信号処理部２１には、光検出器２３とそれに接続さ
れたプリアンプ２４等が設けられていると共に、音響光
学変調器に入力するドライバ２５が備えられている。
プローブ部Ｂには、ハーフミラ−２６、λ／４板２７及
び対物レンズ２８が直線状に並んで設けられている。ハ
ーフミラ−２６は、省略され得る。
び対物レンズ２８が直線状に並んで設けられている。ハ
ーフミラ−２６は、省略され得る。
そうして、光学系装置部Ａのフォーカスレンズ１８とプ
ローブ部Ｂのハーフミラ−２６とは、偏波面保存光ファ
イバＣにより接続されている。
ローブ部Ｂのハーフミラ−２６とは、偏波面保存光ファ
イバＣにより接続されている。
第２図に示す第２実施例におけるレーザドツプラ振動計
は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系装
置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ１１と出力管１２とからなるガスレ
ーザ光源１０、第１偏光ビームスプリシタ１３、ファラ
デ回転子１４．λ／２板１５、第２偏光ビームスプリン
タ１７及びフォーカスレンズＩ８が直線的に順次並ぶ光
学系と、第２偏光ビームスプリツタ１７から分岐した光
路中のビームスプリッタ２０及び信号処理部２１が順次
直線的に並ぶ光学系と、第１偏光ビームスプリツタ１３
から分岐し、ビームスプリッタ２０に到る光路中の音響
光学変調器２２及び４５度ミラー１６が並ぶ光学系とか
ら構成されている。
は、偏波面保存光ファイバＣにより接続された光学系装
置部Ａとプローブ部Ｂとから構成され、光学系装置部Ａ
は、レーザドライバ１１と出力管１２とからなるガスレ
ーザ光源１０、第１偏光ビームスプリシタ１３、ファラ
デ回転子１４．λ／２板１５、第２偏光ビームスプリン
タ１７及びフォーカスレンズＩ８が直線的に順次並ぶ光
学系と、第２偏光ビームスプリツタ１７から分岐した光
路中のビームスプリッタ２０及び信号処理部２１が順次
直線的に並ぶ光学系と、第１偏光ビームスプリツタ１３
から分岐し、ビームスプリッタ２０に到る光路中の音響
光学変調器２２及び４５度ミラー１６が並ぶ光学系とか
ら構成されている。
プローブ部Ｂには、ハーフミラ−２６、λ／４板２７及
び対物レンズ２８が直線状に並んで設けられている。ハ
ーフミラ−２６は、第１実施例同様に省略され得る。
び対物レンズ２８が直線状に並んで設けられている。ハ
ーフミラ−２６は、第１実施例同様に省略され得る。
そうして、光学系装置部Ａのフォーカスレンズ１８とプ
ローブ部Ｂのハーフミラ−２６とは、偏波面保存光ファ
イバＣにより接続されている。
ローブ部Ｂのハーフミラ−２６とは、偏波面保存光ファ
イバＣにより接続されている。
レーザドツプラ振動計において、光検出器２３にでの光
学的検出信号を効率よい大きいものとするためには、物
体光と参照光との光路長をできるだけ同長とすることが
好ましい。
学的検出信号を効率よい大きいものとするためには、物
体光と参照光との光路長をできるだけ同長とすることが
好ましい。
従って、上記両実施例において、第２偏光ビームスプリ
ツタ１７からビームスプリッタ２０に到る参照光光路長
と物体光光路長との差をプローブ部Ｂのハーフミラ−２
６と被測定物Ｗの反射面との距離の２倍にできるだけ等
しくするように構成すればよい。
ツタ１７からビームスプリッタ２０に到る参照光光路長
と物体光光路長との差をプローブ部Ｂのハーフミラ−２
６と被測定物Ｗの反射面との距離の２倍にできるだけ等
しくするように構成すればよい。
第１実施例においては、４５度ミラー１６・第２偏光ビ
ームスプリッタ１７間の距Ｉｌｌ！（第１偏光ビームス
プリツタ１３・ビームスプリンタ２０間の距離）をプロ
ーブ部Ｂのハーフミラ−２６と被測定物Ｗの反射面との
距離にできるだけ等しくするように構成すればよく、又
、第２実施例においては、第１偏光ビームスプリツタ１
３・第２偏光ビームスプリッタ１７間の距離（１４度ミ
ラー１６・ビームスプリッタ２０間の距離）をプローブ
部Ｂのハーフミラ−２６と被測定物Ｗの反射面との距離
にできるだけ等しくするように構成すればよい。
ームスプリッタ１７間の距Ｉｌｌ！（第１偏光ビームス
プリツタ１３・ビームスプリンタ２０間の距離）をプロ
ーブ部Ｂのハーフミラ−２６と被測定物Ｗの反射面との
距離にできるだけ等しくするように構成すればよく、又
、第２実施例においては、第１偏光ビームスプリツタ１
３・第２偏光ビームスプリッタ１７間の距離（１４度ミ
ラー１６・ビームスプリッタ２０間の距離）をプローブ
部Ｂのハーフミラ−２６と被測定物Ｗの反射面との距離
にできるだけ等しくするように構成すればよい。
上記のレーザドツプラ振動計の作用について説明する。
先ず、第１実施例のレーザドツプラ振動計において、出
力管１２からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ツタ１３に入射されるが、第１偏光ビームスプリツタ１
３に対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリ
ツタ１３を透過し、ファラデ回転子１４に入射する。
力管１２からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ツタ１３に入射されるが、第１偏光ビームスプリツタ１
３に対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリ
ツタ１３を透過し、ファラデ回転子１４に入射する。
ファラデ回転子１４に入射したレーザビームは、ファラ
デ効果により偏光方向が＋４５度回転されファラデ回転
子１４から出射し、λ／２板１５に入射し、更に偏光方
向が＋４５度回転される。そうして、４５度ミラー１６
により直角方向に反射され。
デ効果により偏光方向が＋４５度回転されファラデ回転
子１４から出射し、λ／２板１５に入射し、更に偏光方
向が＋４５度回転される。そうして、４５度ミラー１６
により直角方向に反射され。
第２偏光ビームスプリツタ１７への入射光となる。
第２偏光ビームスプリンタ１７への入射光は、Ｐ偏光状
態から偏光方向が既に２回の＋４５度回転により偏波面
が９０度回転され、第２偏光ビームスプリンタ１７に対
してＳ偏光状態となっているから、第２偏光ビームスプ
リンタ１７により直角方向に反射され、フォーカスレン
ズ１８に入射する。フォーカスレンズ１８に入射したレ
ーザビームは、偏波面保存光ファイバＣの端面に集光さ
れ、偏波面保存光ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存
光ファイバＣの他端面に密着したハーフミラ−２６によ
り透過光と反射光とに分岐される。
態から偏光方向が既に２回の＋４５度回転により偏波面
が９０度回転され、第２偏光ビームスプリンタ１７に対
してＳ偏光状態となっているから、第２偏光ビームスプ
リンタ１７により直角方向に反射され、フォーカスレン
ズ１８に入射する。フォーカスレンズ１８に入射したレ
ーザビームは、偏波面保存光ファイバＣの端面に集光さ
れ、偏波面保存光ファイバＣ中を伝送され、偏波面保存
光ファイバＣの他端面に密着したハーフミラ−２６によ
り透過光と反射光とに分岐される。
この場合、ハーフミラ−２６は必ずしも必要とはとない
、効率が悪いが、偏波面保存光ファイバＣと空気との屈
折率の差異により偏波面保存光ファイバＣの端面で反射
が生じ、反射光が分岐され得る。
、効率が悪いが、偏波面保存光ファイバＣと空気との屈
折率の差異により偏波面保存光ファイバＣの端面で反射
が生じ、反射光が分岐され得る。
透過光は、λ／４板２７及び対物レンズ２８を透過し、
被測定物Ｗに照射される。そこでの反射光（以下物体光
という）が再び対物レンズ２８に入射され、対物レンズ
２８及びλ／４板２７を透過し、ハーフミラ−２６に入
射する。その際には、物体光は、λ／４板２７の往復透
過により偏波面が９０度回転している。
被測定物Ｗに照射される。そこでの反射光（以下物体光
という）が再び対物レンズ２８に入射され、対物レンズ
２８及びλ／４板２７を透過し、ハーフミラ−２６に入
射する。その際には、物体光は、λ／４板２７の往復透
過により偏波面が９０度回転している。
従って、上記のようにハーフミラ−２６において反射さ
れた反射光（以下参照光という）と物体光とは、偏波面
が直交した状態となっている。その両者は、偏波面保存
光ファイバＣにより上記と逆方向に伝送され、偏波面保
存光ファイバＣの端面から出射し、フォーカスレンズ１
８でコリメートされ、第２偏光ビームスプリツタ１７に
入射する。
れた反射光（以下参照光という）と物体光とは、偏波面
が直交した状態となっている。その両者は、偏波面保存
光ファイバＣにより上記と逆方向に伝送され、偏波面保
存光ファイバＣの端面から出射し、フォーカスレンズ１
８でコリメートされ、第２偏光ビームスプリツタ１７に
入射する。
そこで、第２偏光ビームスプリツタ１７に対しＳ偏光状
態となっている参照光は、第２偏光ビームスプリンタ１
７で直角方向に反射され、第２偏光ビームスプリツタ１
７に対しＰ偏光状態となっている物体光は、第２偏光ビ
ームスプリツタＩ７を透過する。
態となっている参照光は、第２偏光ビームスプリンタ１
７で直角方向に反射され、第２偏光ビームスプリツタ１
７に対しＰ偏光状態となっている物体光は、第２偏光ビ
ームスプリツタＩ７を透過する。
第２偏光ビームスプリツタ１７で反射された参照光は、
更に４５度ミラー１６により直角方向に反射され、λ／
２板１５に入射し、偏光方向が一４５度回転された上、
ファラデ回転子１４に入射する。ファラデ回転子１４に
入射した参照光は、ファラデ効果による偏光方向の＋４
５度回転により元に戻されファラデ回転子１４から出射
し、第１偏光ビームスプリツタ１３に対し、Ｓ偏光状態
で入射する。従って、参照光は、第１偏光ビームスプリ
ンタ１３で直角方向に反射され、音響光学変謂器２２に
入射する。
更に４５度ミラー１６により直角方向に反射され、λ／
２板１５に入射し、偏光方向が一４５度回転された上、
ファラデ回転子１４に入射する。ファラデ回転子１４に
入射した参照光は、ファラデ効果による偏光方向の＋４
５度回転により元に戻されファラデ回転子１４から出射
し、第１偏光ビームスプリツタ１３に対し、Ｓ偏光状態
で入射する。従って、参照光は、第１偏光ビームスプリ
ンタ１３で直角方向に反射され、音響光学変謂器２２に
入射する。
音響光学変調器２ｚに入射した参照光は、信号処理部２
１のドライバ２５からの出力に基づいて音響光学変調器
２２により周波数がｆｍだけシフトされるので、光源の
周波数をｆｏとすると、音響光学変調器２２から周波数
ｆ Ｌ ＝ｆ ６ ＋ ｆ ｍの参照光が出射し、ビー
ムスプリンタ２０にＳ偏光状態で入射する。
１のドライバ２５からの出力に基づいて音響光学変調器
２２により周波数がｆｍだけシフトされるので、光源の
周波数をｆｏとすると、音響光学変調器２２から周波数
ｆ Ｌ ＝ｆ ６ ＋ ｆ ｍの参照光が出射し、ビー
ムスプリンタ２０にＳ偏光状態で入射する。
他方、第２偏光ビームスプリツタ１７を透過した物体光
は、λ／２板１９に入射し偏光方向が＋９０度回転され
た上、ビームスプリッタ２ＤにＳ偏光状態で入射する。
は、λ／２板１９に入射し偏光方向が＋９０度回転され
た上、ビームスプリッタ２ＤにＳ偏光状態で入射する。
ビームスプリッタｚＯに入射した参照光のビームスプリ
ッタ２０での反射光部分とビームスプリッタ２０に入射
した物体光のビームスプリッタ２０での透過光部分とは
、−緒になってビームスプリッタ２０から出射し、光検
出器２３に入射する。
ッタ２０での反射光部分とビームスプリッタ２０に入射
した物体光のビームスプリッタ２０での透過光部分とは
、−緒になってビームスプリッタ２０から出射し、光検
出器２３に入射する。
ここで、移動物体にレーザ光を照射して反射された反射
光の周波数は、ドツプラ効果により照射光の周波数から
シフトする。そのシフト量、即ちドツプラ周波数ｆｄは
、移動物体の速度ベクトルをＶｏとし、照射光・反射光
の各波数ベクトルをＫｏ。
光の周波数は、ドツプラ効果により照射光の周波数から
シフトする。そのシフト量、即ちドツプラ周波数ｆｄは
、移動物体の速度ベクトルをＶｏとし、照射光・反射光
の各波数ベクトルをＫｏ。
Ｋｓとすると、
ｆｄ ＝ （Ｋｓ Ｋｏ） ・Ｖｏ／ ２ π”・・
・（１）被測定体Ｗが移動しており、その速度をＶ、レ
ーザの発振波長をλ、物体光の周波数をｆｓ、プローブ
部Ｂの光軸線と被測定体Ｗの移動方向との交差角をθと
すると、（１）式から ｆｓ ＝ ｆｏ＋ ｆｄ ＝ ｆ。 ±（２ｖ／λ）
・ｃｏｓθ・・・・・・・・（２） 既述のように ｆＬ ＝ ｆ（、＋ ｆｍ ””（３）そ
こで、（２）式・（３）式で示される周波数の異なる参
照光と物体光とが一緒に光検出器２３に入射されるので
、光検出器２３で得られる両者の周波数差に相当するビ
ート周波数ｆｂは、 ｆｂ ＝ ｆＬ−ｆｓ ＝ ｆｍ±（２Ｖ／λ）・
ｃｏｓθ・・・・・・・・（４） となる。
・（１）被測定体Ｗが移動しており、その速度をＶ、レ
ーザの発振波長をλ、物体光の周波数をｆｓ、プローブ
部Ｂの光軸線と被測定体Ｗの移動方向との交差角をθと
すると、（１）式から ｆｓ ＝ ｆｏ＋ ｆｄ ＝ ｆ。 ±（２ｖ／λ）
・ｃｏｓθ・・・・・・・・（２） 既述のように ｆＬ ＝ ｆ（、＋ ｆｍ ””（３）そ
こで、（２）式・（３）式で示される周波数の異なる参
照光と物体光とが一緒に光検出器２３に入射されるので
、光検出器２３で得られる両者の周波数差に相当するビ
ート周波数ｆｂは、 ｆｂ ＝ ｆＬ−ｆｓ ＝ ｆｍ±（２Ｖ／λ）・
ｃｏｓθ・・・・・・・・（４） となる。
光検出器２３においてｆｂが検出され、その検出信号が
プリアンプから出力され、信号処理部２１におぃては、
それに基づいて（４）式からＶが演算される。
プリアンプから出力され、信号処理部２１におぃては、
それに基づいて（４）式からＶが演算される。
かくして、被測定体Ｗの移動速度を測定し得るが、信号
処理部２１においてＶを更に積分することにより被測定
体Ｗの変位量も測定し得る。
処理部２１においてＶを更に積分することにより被測定
体Ｗの変位量も測定し得る。
次に、第２実施例のレーザドツプラ振動計において、出
力管１２からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ツタ１３に入射されるが、第１偏光ビームスプリンタ１
３に対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリ
ツタ１３を透過し、ファラデ回転子１４に入射する。
力管１２からのレーザビームは、第１偏光ビームスプリ
ツタ１３に入射されるが、第１偏光ビームスプリンタ１
３に対してＰ偏光状態であるので第１偏光ビームスプリ
ツタ１３を透過し、ファラデ回転子１４に入射する。
ファラデ回転子１４に入射したレーザビームは、ファラ
デ効果により偏光方向が＋４５度回転されファラデ回転
子１４から出射し、λ／２板１５に入射し、偏光方向が
一４５度回転されて元に戻され、第２偏光ビームスプリ
ツタ１７に対してＰ偏光状態となって第２偏光ビームス
プリツタ１７に入射する。
デ効果により偏光方向が＋４５度回転されファラデ回転
子１４から出射し、λ／２板１５に入射し、偏光方向が
一４５度回転されて元に戻され、第２偏光ビームスプリ
ツタ１７に対してＰ偏光状態となって第２偏光ビームス
プリツタ１７に入射する。
Ｐ偏光状態のレーザビームは、第２偏光ビームスプリツ
タ１７を透過し、フォーカスレンズ１８に入射する。フ
ォーカスレンズ１８に入射したレーザビームは、偏波面
保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波面保存光ファ
イバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイバＣの他端面
に密着したハーフミラ−２６により透過光と反射光とに
分岐される。
タ１７を透過し、フォーカスレンズ１８に入射する。フ
ォーカスレンズ１８に入射したレーザビームは、偏波面
保存光ファイバＣの端面に集光され、偏波面保存光ファ
イバＣ中を伝送され、偏波面保存光ファイバＣの他端面
に密着したハーフミラ−２６により透過光と反射光とに
分岐される。
ハーフミラ−２６の省略の場合については第１実施例と
同様であり、以後、透過光（物体光）と反射光（参照光
）とが互に偏波面が直交した状態となって共に第２偏光
ビームスプリツタ１７に入射するまでは、第１実施例と
同様である。
同様であり、以後、透過光（物体光）と反射光（参照光
）とが互に偏波面が直交した状態となって共に第２偏光
ビームスプリツタ１７に入射するまでは、第１実施例と
同様である。
そこで、第２偏光ビームスプリツタ１７に対しＳ偏光状
態となっている物体光は、第２偏光ビームスプリツタ１
７で反射され、第２偏光ビームスプリツタ１７に対しＰ
偏光状態のままである参照光は。
態となっている物体光は、第２偏光ビームスプリツタ１
７で反射され、第２偏光ビームスプリツタ１７に対しＰ
偏光状態のままである参照光は。
第２偏光ビームスプリツタ１７を透過する。
第２偏光ビームスプリツタ１７を透過した参照光は、λ
／２板１５に入射し、偏光方向が＋４５度回転された上
、ファラデ回転子１４に入射する。ファラデ回転子１４
に入射した参照光は、ファラデ効果により更に偏光方向
が＋４５度回転されファラデ回転子１４から出射し、第
１偏光ビームスプリッタｌ３に対し、Ｓ偏光状態で入射
する。従って、参照光は、第１偏光ビームスプリツタ１
３で反射され、音響光学変調器２２に入射する。
／２板１５に入射し、偏光方向が＋４５度回転された上
、ファラデ回転子１４に入射する。ファラデ回転子１４
に入射した参照光は、ファラデ効果により更に偏光方向
が＋４５度回転されファラデ回転子１４から出射し、第
１偏光ビームスプリッタｌ３に対し、Ｓ偏光状態で入射
する。従って、参照光は、第１偏光ビームスプリツタ１
３で反射され、音響光学変調器２２に入射する。
音響光学変調器２２に入射した参照光は、第１実・施例
と同様にして周波数がｆｍだけシフトされ、音響光学変
調器２２から周波数ｆＬ＝ｆｏ＋ｆｍの参照光が出射し
、４５度ミラー１６により直角方向に反射され、ビーム
スプリンタ２０にＳ偏光状態で入射する。
と同様にして周波数がｆｍだけシフトされ、音響光学変
調器２２から周波数ｆＬ＝ｆｏ＋ｆｍの参照光が出射し
、４５度ミラー１６により直角方向に反射され、ビーム
スプリンタ２０にＳ偏光状態で入射する。
他方、第２偏光ビームスプリツタ１７で反射された物体
光は、ビームスプリッタ２０にＳ偏光状態で入射する。
光は、ビームスプリッタ２０にＳ偏光状態で入射する。
ビームスプリッタ２０に入射した参照光のビームスプリ
ンタ２０での反射光部分とビームスプリッタ２０に入射
した物体光のビームスプリッタ２０での透過光部分とは
、−緒になってビームスプリッタ２０から出射し、光検
出器２３に入射する。
ンタ２０での反射光部分とビームスプリッタ２０に入射
した物体光のビームスプリッタ２０での透過光部分とは
、−緒になってビームスプリッタ２０から出射し、光検
出器２３に入射する。
以下は、第１実施例と同様にして、被測定体Ｗの移動速
度及び変位量を測定し得る。
度及び変位量を測定し得る。
上記の両実施例においては、音響光学変調器２２は、参
照光の光路中に配設されているが、それに替えて物体光
の光路中に配設してもよいことは、両実施例の作用から
も容易に理解し得よう。
照光の光路中に配設されているが、それに替えて物体光
の光路中に配設してもよいことは、両実施例の作用から
も容易に理解し得よう。
又、レーザ光源としては、半導体レーザを用いることも
できる。
できる。
［発明の効果］
この発明のレーザドツプラ振動計においては、対物レン
ズを備えたプローブ部を光学系装置部と光ファイバで接
続しているので、測定に際し、プローブ部を被測定物に
接近させることが可能の上、その接近によりプローブ部
で反射される参照光の光路長と被測定物で反射される物
体光の光路長との差ができるだけ少なくなり、検出信号
出力の減少が防止される。
ズを備えたプローブ部を光学系装置部と光ファイバで接
続しているので、測定に際し、プローブ部を被測定物に
接近させることが可能の上、その接近によりプローブ部
で反射される参照光の光路長と被測定物で反射される物
体光の光路長との差ができるだけ少なくなり、検出信号
出力の減少が防止される。
しかも、参照光の迂回光路により参照光の光路長と被測
定物で反射される物体光の光路長との差ができるだけ補
償され、その迂回光路中に損失が多いビームスリッタの
使用をできるだけ少なくし、レーザビームの往復光路中
にファラデ回転子、λ／２板、偏光ビームスプリッタを
組合せて用いることにより、効率よく偏波面が直交する
２種の反射光（入射光と逆方向の光）を分岐して入射光
と同一の偏波面の反射光を取出すことが可能となり、そ
のためプローブ部における偏波面が直交する２種の光を
単一の光ファイバで伝送し、その光を夫々の偏波面の光
に分岐することが可能となる。
定物で反射される物体光の光路長との差ができるだけ補
償され、その迂回光路中に損失が多いビームスリッタの
使用をできるだけ少なくし、レーザビームの往復光路中
にファラデ回転子、λ／２板、偏光ビームスプリッタを
組合せて用いることにより、効率よく偏波面が直交する
２種の反射光（入射光と逆方向の光）を分岐して入射光
と同一の偏波面の反射光を取出すことが可能となり、そ
のためプローブ部における偏波面が直交する２種の光を
単一の光ファイバで伝送し、その光を夫々の偏波面の光
に分岐することが可能となる。
従って、光フアイバ先端のプローブ部は構成部品が少な
い簡単な構造になり、レーザドツプラ振動計としての操
作性もよい。更に、光ファイバによる伝送区域では参照
光と物体光とが一緒になって同一の光ファイバによって
伝送されるため、光ファイバへの機械的外乱（曲げ、振
動等）による参照光・物体光間の位相の相対的変化が少
なくなり測定誤差が減少する。
い簡単な構造になり、レーザドツプラ振動計としての操
作性もよい。更に、光ファイバによる伝送区域では参照
光と物体光とが一緒になって同一の光ファイバによって
伝送されるため、光ファイバへの機械的外乱（曲げ、振
動等）による参照光・物体光間の位相の相対的変化が少
なくなり測定誤差が減少する。
第１図は、この発明の第１実施例におけるレーザドツプ
ラ振動計の構成図、 第２図は、この発明の第２実施例におけるレーザドツプ
ラ振動計の構成図、 第３図は、従来の技術のレーザドツプラ振動計の構成図
である。 Ａ：光学系装置部 Ｂニブローブ部Ｃ：偏波面保
存光ファイバ
ラ振動計の構成図、 第２図は、この発明の第２実施例におけるレーザドツプ
ラ振動計の構成図、 第３図は、従来の技術のレーザドツプラ振動計の構成図
である。 Ａ：光学系装置部 Ｂニブローブ部Ｃ：偏波面保
存光ファイバ
Claims (1)
- 光学系装置部とプローブ部とその両者を接続する偏波面
保存光ファイバとから構成され、プローブ部は、偏波面
保存光ファイバとの結合部で偏波面保存光ファイバによ
り搬送されてきたレーザビームを参照光となる反射光と
被測定体に照射され、被測定体で反射された物体光とな
る透過光とに分岐し、物体光の偏波面を直角に回転する
光学系をもち、光学系装置部は、レーザ光源と、ファラ
デ回転子、偏光ビームスプリッタ、λ／２板及び光路屈
曲手段の組合せより構成され、互に偏波面が直交する参
照光と物体光とを分岐・合流する夫々の光路である２光
路を成すと共に、前記２光路中の１光路の一部はレーザ
光源からプローブ部へのレーザビームの光路を成し、２
光路中の１光路に光学変調手段を設けた光学系と、一方
が光学変調された物体光と参照光とで生じるビートを検
出し、被測定体の移動速度を演算する信号処理部とを備
えているビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動
計
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255216A JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255216A JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03118477A true JPH03118477A (ja) | 1991-05-21 |
| JP2696117B2 JP2696117B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=17275637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1255216A Expired - Fee Related JP2696117B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | ビーム分岐光学系を用いたレーザドップラ振動計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696117B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104931954A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-09-23 | 湖北捷讯光电有限公司 | 一种激光测距机的共轴收发端光路设计方法 |
| CN105487081A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-04-13 | 福建省计量科学研究院 | 一种用于激光测速仪的微分探测系统 |
| CN108646047A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-10-12 | 北方民族大学 | 基于多普勒效应带修正结构的测速传感器及标定与测量方法 |
| CN110849465A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形光频调制及溯源装置 |
| CN110849466A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形的光频调制装置及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7314749B2 (ja) * | 2019-09-30 | 2023-07-26 | 沖電気工業株式会社 | 振動計 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5948668A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-19 | Jiro Koyama | 光フアイバ速度計 |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP1255216A patent/JP2696117B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN104931954A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-09-23 | 湖北捷讯光电有限公司 | 一种激光测距机的共轴收发端光路设计方法 |
| CN105487081A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-04-13 | 福建省计量科学研究院 | 一种用于激光测速仪的微分探测系统 |
| CN108646047A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-10-12 | 北方民族大学 | 基于多普勒效应带修正结构的测速传感器及标定与测量方法 |
| CN108646047B (zh) * | 2018-07-02 | 2024-03-26 | 哈工科讯(沈阳)工业技术研究院有限公司 | 基于多普勒效应带修正结构的测速传感器及标定与测量方法 |
| CN110849465A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形光频调制及溯源装置 |
| CN110849466A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种任意波形的光频调制装置及方法 |
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|---|---|
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