JPH03229155A - Laser doppler speed indicator - Google Patents

Laser doppler speed indicator

Info

Publication number
JPH03229155A
JPH03229155A JP2023786A JP2378690A JPH03229155A JP H03229155 A JPH03229155 A JP H03229155A JP 2023786 A JP2023786 A JP 2023786A JP 2378690 A JP2378690 A JP 2378690A JP H03229155 A JPH03229155 A JP H03229155A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
light
diffraction grating
diffracted
moving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2023786A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2911516B2 (en
Inventor
Makoto Takamiya
誠 高宮
Hidejiro Kadowaki
門脇 秀次郎
Takeshi Doi
健 土井
Yoshihiko Takahashi
高橋 美彦
Tsunesuke Yamamoto
恒介 山本
Masafumi Wataya
雅文 綿谷
Toshiyuki Yanaka
俊之 谷中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2023786A priority Critical patent/JP2911516B2/en
Priority to DE1990631577 priority patent/DE69031577T2/en
Priority to EP19900106169 priority patent/EP0391278B1/en
Publication of JPH03229155A publication Critical patent/JPH03229155A/en
Priority to US07/839,708 priority patent/US5216478A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2911516B2 publication Critical patent/JP2911516B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To accurately detect a speed at all times regardless of variation in the wavelength of laser light by reflecting and diffracting emitted laser light and making the two diffracted light beams incident on a moving body at nearly the same angle of intersection. CONSTITUTION:The laser light from a laser diode 1 is made incident on a reflection type diffraction grating 10 through a collimator lens 2. The reflected and diffracted light beams 61, 62 or (+1)st order and (-1)st order which are generated by the grating 10 are made incident on the body 7 to be inspected by mirrors 6 and 6' at the angle theta1 of incidence. The light spots of the diffracted light beams 61 and 62 are put one over the other on the body 7 and formed the image on the photodetection part 9a of a photodetector 9 through a condenser lens 8 to life size. In this constitution, the photodetector 9 outputs a signal corresponding to a Doppler frequency regardless of the variation in the wavelength of the laser light. Therefore, the speed can accurately be detected at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は移動する物体や流体の速度を非接触に検出する
速度計、特にレーザー光の周波数の偏移を検知して速度
を検出するレーザードツプラー速度計に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to a speedometer that detects the speed of a moving object or fluid in a non-contact manner, particularly a laser Doppler speedometer that detects the speed by detecting a shift in the frequency of a laser beam. Regarding the meter.

〔従来技術〕[Prior art]

従来から、物体や流体の移動速度を非接触、且つ高精度
に測定する装置として、レーザードツプラー速度計が使
用されている。レーザードツプラー速度計とは、移動す
る物体や流体にレーザー光を照射し、該移動物体もしく
は移動流体による散乱光の周波数が、移動速度に比例し
て偏移(シフト)する効果(ドツプラー効果)を利用し
て、前記移動物体もしくは移動流体の移動速度を測定す
る装置である。
Conventionally, laser Doppler velocimeters have been used as devices for measuring the moving speed of objects and fluids in a non-contact manner and with high precision. A laser Doppler velocimeter is an effect in which a moving object or fluid is irradiated with a laser beam, and the frequency of the light scattered by the moving object or fluid shifts in proportion to the moving speed (Doppler effect). This is a device that measures the moving speed of the moving object or moving fluid.

従来のレーザードツプラー速度計の一例を第1図に示す
An example of a conventional laser Doppler velocimeter is shown in FIG.

1はレーザー 2はコリメーターレンズ、3は平行光束
、4はビームスプリッタ−6及び6′は反射鏡、7は速
度Vで矢印方向に移動している物体もしくは流体、8は
集光レンズ、9は光検出器である。
1 is a laser, 2 is a collimator lens, 3 is a parallel light beam, 4 is a beam splitter, 6 and 6' are reflecting mirrors, 7 is an object or fluid moving in the direction of the arrow at a speed V, 8 is a condenser lens, 9 is a photodetector.

レーザー1から出射されたレーザー光は、コリメーター
レンズ2によって平行光束3となり、ビームスプリッタ
−4によって三光束5及び5′に分割されて反射鏡6及
び6′で反射された後、速度■で移動している物体もし
くは流体7に入射角θで三光束照射される。物体もしく
は流体7による散乱光は、集光レンズ8を介して光検出
器9で検出される。三光束による散乱光の周波数は、移
動速度Vに比例して各々+Δf、−Δfドツプラーシフ
トを受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば、
Δfは次の(1)式で表わすことができる。
The laser beam emitted from the laser 1 becomes a parallel beam 3 by the collimator lens 2, is split into three beams 5 and 5' by the beam splitter 4, and is reflected by the reflecting mirrors 6 and 6', and then is parallelized by the collimator lens 2. A moving object or fluid 7 is irradiated with three beams at an incident angle θ. Scattered light by the object or fluid 7 is detected by a photodetector 9 via a condenser lens 8. The frequencies of the scattered light by the three beams undergo Doppler shifts of +Δf and −Δf in proportion to the moving speed V, respectively. Here, if the wavelength of the laser light is λ, then
Δf can be expressed by the following equation (1).

Δf=Vsinθ/λ       ・(1)+Δf、
−Δfのドツプラーシフトを受けた散乱光は、互いに干
渉し合って光検出器9の受光面での明暗の変化をもたら
し、その周波数Fは次の(2)式で与えられる。
Δf=Vsinθ/λ ・(1)+Δf,
The scattered lights that have undergone a Doppler shift of -Δf interfere with each other and cause a change in brightness on the light receiving surface of the photodetector 9, and the frequency F thereof is given by the following equation (2).

F=2Δ f=2Vsin θ/λ   −(2)従っ
て、光検出器9の出力信号の周波数(以下、ドツプラー
周波数と呼ぶ)を測定すれば、(2)式に基づいて移動
物体もしくは移動流体7の移動速度Vを求めることがで
きる。
F=2Δ f=2Vsin θ/λ − (2) Therefore, if the frequency of the output signal of the photodetector 9 (hereinafter referred to as Doppler frequency) is measured, the moving object or moving fluid 7 can be detected based on equation (2). The moving speed V can be determined.

レーザードツプラー速度計の小型化を図るためには、H
e−Neレーザー等のガスレーザーを光源として用いる
よりもレーザーダイオードのような半導体レーザーを用
いる方が有利である。しかしながら、半導体レーザーは
ガスレーザーのように発振波長が安定しておらず、温度
に依存して発振波長が変化する。上記(2)式から明ら
かなように、ドツプラー周波数Fはレーザー光の波長λ
に依存するので、レーザー光の波長が変動すると移動物
体や移動流体の速度を正確に検出することができない。
In order to downsize the laser Doppler speedometer, H
It is more advantageous to use a semiconductor laser such as a laser diode than to use a gas laser such as an e-Ne laser as a light source. However, the oscillation wavelength of a semiconductor laser is not stable like that of a gas laser, and the oscillation wavelength changes depending on the temperature. As is clear from the above equation (2), the Doppler frequency F is the wavelength λ of the laser light
Therefore, if the wavelength of the laser light changes, the speed of a moving object or moving fluid cannot be detected accurately.

第2図は市販のレーザーダイオードの発振波長の温度依
存性を示すグラフ図(1987年三菱半導体データブッ
ク−光半導体素子編から引用)である。同図において、
波長が連続的に変化している部分は、主としてレーザー
ダイオードの活性層の屈折率の温度変化により生じてい
る部分であり、その割合はO,’05〜0.06nm/
’Cである。一方、波長が不連続に変化している部分は
、縦モードホッピングと呼ばれる現象に起因するもので
、0.2〜0.3nm/’Cという大きな割合で変化す
る。
FIG. 2 is a graph (quoted from the 1987 Mitsubishi Semiconductor Data Book - Optical Semiconductor Element Edition) showing the temperature dependence of the oscillation wavelength of a commercially available laser diode. In the same figure,
The part where the wavelength changes continuously is mainly caused by the temperature change in the refractive index of the active layer of the laser diode, and the ratio is O,'05 to 0.06 nm/
'C. On the other hand, the portion where the wavelength changes discontinuously is due to a phenomenon called longitudinal mode hopping, and changes at a large rate of 0.2 to 0.3 nm/'C.

このように、レーザーダイオードの発振波長は極めて不
安定なものであり、この種のレーザーをレーザードツプ
ラー速度計の光源として使用する場合、周知のヒーター
、放熱器、温度センサー等を備えた温度制御ユニットを
レーザーダイオードと共に取り付ける必要がある。しか
しながら、これらの温度制御ユニットを取り付けると、
温度計が大きくなり、価格も上がるので好ましくない。
As described above, the oscillation wavelength of a laser diode is extremely unstable, so when using this type of laser as a light source for a laser Doppler speedometer, temperature control using well-known heaters, radiators, temperature sensors, etc. is required. The unit must be installed with a laser diode. However, once these temperature control units are installed,
This is not desirable because the thermometer becomes larger and the price increases.

更に、前述の縦モードホッピングは温度変動以外の他の
要因でも生じる現象であり、仮に温度制御ユニットを取
り付けても、レーザーダイオードの発振波長の変動を完
全に抑えることはできない。
Furthermore, the above-mentioned longitudinal mode hopping is a phenomenon that occurs due to factors other than temperature fluctuations, and even if a temperature control unit is installed, fluctuations in the oscillation wavelength of the laser diode cannot be completely suppressed.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり
、レーザー光の発振波長が変化しても移動物体や移動流
体の速度を正確に検出することが可能で、しかも小型の
レーザードツプラー速度計を提供することを目的として
いる。
The present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to accurately detect the speed of a moving object or moving fluid even if the oscillation wavelength of the laser beam changes, and is a small laser doppler. The purpose is to provide a speedometer.

この目的を達成するために、本発明のレーザードツプラ
ー速度計は、レーザー光を所定の入射角で移動物体若し
くは移動流体に入射させ、該移動物体若しくは移動流体
からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体若し
くは移動流体の速度変化を検出する速度計において、レ
ーザーから射出したレーザー光を反射回折せしめて、第
1と第2の回折光を形成する回折格子と、該第1と第2
の回折光を該回折光が回折格子から射出した時の互いに
成す角とほぼ同じ交差角で該移動物体若しくは移動流体
に入射量せしめる光学系と、該光学系により該第1と第
2の回折光で照明された該移動物体若しくは移動流体か
らの反射散乱光を受光する受光手段とを有し、該レーサ
ーと該受光手段の少なくとも一方を、該第1と第2の回
折光の各々の光路を含む入射平面から外れた場所に設け
ることを特徴としている。
To achieve this objective, the laser Doppler velocimeter of the present invention makes a laser beam incident on a moving object or a moving fluid at a predetermined angle of incidence, and shifts the frequency of the scattered light from the moving object or moving fluid. A velocimeter that detects changes in the speed of the moving object or moving fluid based on the above-described method includes: a diffraction grating that reflects and diffracts a laser beam emitted from a laser to form first and second diffracted beams; Second
an optical system for causing the diffracted light of and a light receiving means for receiving reflected and scattered light from the moving object or moving fluid illuminated with light, and at least one of the racer and the light receiving means is connected to each optical path of the first and second diffracted light. It is characterized by being located at a location away from the plane of incidence that includes the

本発明によれば、このような構成を有するので、レーザ
ー光の波長λの変動に追従して移動物体若しくは移動流
体に対するレーザー光の入射角θを変化せしめ、これに
より上記(2)式が示すsinθ/λの値をほぼ一定に
する。即ち、レーザー光の波長変動に依らず常に正確に
移動物体や移動流体の速度を検出することができる。従
って、レーザーダイオードなどの発振波長が不安定な小
型のレーザーダイオード(半導体レーザー)を光源とし
て使用でき、従来にない小型のレーサードツプラー速度
計を提供することが可能になる。
According to the present invention, since it has such a configuration, the incident angle θ of the laser light with respect to the moving object or the moving fluid is changed in accordance with the fluctuation of the wavelength λ of the laser light, and thereby the above equation (2) is expressed. The value of sin θ/λ is kept approximately constant. That is, the speed of a moving object or moving fluid can always be accurately detected regardless of wavelength fluctuations of the laser beam. Therefore, a small laser diode (semiconductor laser) whose oscillation wavelength is unstable, such as a laser diode, can be used as a light source, making it possible to provide an unprecedented small laser Doppler velocimeter.

また、本発明によれば、レーザーと受光手段の少なくと
も一方を、第1と第2の回折光の各々の光路を含む入射
平面から外れた場所に設けているので、速度計を小型な
ものにできる。特に回折格子からの反射回折を利用し、
受光手段で移動物体や移動流体からの反射散乱光を受光
するような場合に、回折格子を移動物体や移動流体に近
づけて設けることができるので、有効である。
Further, according to the present invention, since at least one of the laser and the light receiving means is provided at a location away from the incident plane including the respective optical paths of the first and second diffracted lights, the speedometer can be made smaller. can. In particular, using reflected diffraction from a diffraction grating,
This is effective because the diffraction grating can be provided close to the moving object or moving fluid when the light receiving means receives reflected and scattered light from a moving object or moving fluid.

本発明の更なる特徴や具体的な形態は以下に示す各実施
例から明らかになる。
Further characteristics and specific embodiments of the present invention will become apparent from the following examples.

〔実施例〕〔Example〕

第3図及び第4図は本発明のレーザードツプラー速度計
による速度検出原理を説明するための説明図である。
FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams for explaining the principle of speed detection by the laser Doppler velocimeter of the present invention.

第3図は格子ピッチdなる透過型回折格子1゜に波長λ
のレーザー光Iを格子配列方向tに垂直な方向から入射
させた時の回折状態を示し、回折格子10で生じる各次
数の回折光の回折角θは次式て示すことがてきる。
Figure 3 shows a transmission type diffraction grating of 1° with a grating pitch of d and a wavelength of λ.
The diffraction angle θ of each order of diffracted light generated by the diffraction grating 10 can be expressed by the following formula.

sinθ=:mλ/d      −(3)(m=o、
1.2.・・・) 従って、回折格子10で生じる0次回先光(mO)以外
の六〇次回折光の各回折角をθ、とすると、 sin θ、=±n λ/d        ・(4)
(n=1. 2・・・) なる式て表わされることになる。(4)式から明らかな
ように、±nn次回先光回折角θ7は入射レーザー光I
の波長λに依存し、波長λの変化に応じて回折格子10
からの±nn次回先光射出角が変化する。
sinθ=:mλ/d−(3)(m=o,
1.2. ...) Therefore, if each diffraction angle of the 60th order diffracted light other than the 0th order forward light (mO) generated in the diffraction grating 10 is θ, then sin θ, = ±n λ/d ・(4)
(n=1.2...) This is expressed as the following formula. As is clear from equation (4), the ±nn-th order diffraction angle θ7 is the incident laser beam I
The diffraction grating 10 depends on the wavelength λ of
The emission angle of the next beam changes by ±nn from .

第4図は第3図の回折格子10を光学系中に組込んだレ
ーサードツプラー速度計を示す。第4図において、回折
格子10を除く他の部材は第1図の従来例に示しである
ものと同じであり、第1図と同じ符号を付しである。従
って、ここでは説明を省略する。
FIG. 4 shows a laser Doppler velocimeter incorporating the diffraction grating 10 of FIG. 3 into its optical system. In FIG. 4, other members except the diffraction grating 10 are the same as those shown in the conventional example of FIG. 1, and are given the same reference numerals as in FIG. 1. Therefore, the explanation is omitted here.

第4図に示す光学系では、光学系に固定された回折格子
10から射出する±nn次回先光4142を各々互いに
反射面が平行なミラー6.6′で反射し、±nn次回先
光各回折角±θ。と同じ入射角θ。で被検物体7のほぼ
同一地点に入射させている。尚、ミラー6.6′の反射
面は各々回折格子10の格子配列方向と被検物体7の移
動方向に直交する面内にある。
In the optical system shown in FIG. 4, the ±nnth forward beams 4142 emitted from the diffraction grating 10 fixed to the optical system are reflected by mirrors 6.6' whose reflective surfaces are parallel to each other, and the ±nnth forward beams are each By all means ±θ. The same angle of incidence θ. The beams are made to be incident on almost the same point on the object 7 to be tested. Note that the reflecting surfaces of the mirrors 6 and 6' are each in a plane perpendicular to the grating arrangement direction of the diffraction grating 10 and the moving direction of the object 7 to be examined.

この時、光検出器9からの出力信号に対応するドツプラ
ー周波数Fは、前記(2)式及び(4)式に基づいて次
の(5)式で表わすことができる。
At this time, the Doppler frequency F corresponding to the output signal from the photodetector 9 can be expressed by the following equation (5) based on the above equations (2) and (4).

F=   2Vsin  θ。/λ     −(5)
2  n V / d 即ち、ドツプラー周波数Fはレーザー光の波長λに依存
せず、回折格子10の格子ピッチdに反比例し、回折光
の次数nと被検物体7の移動速度Vに比例することにな
る。回折格子10のピッチdは十分に安定しているので
、ドツプラー周波数Fはレーザー光の波長には無関係に
、被検物体7の速度Vのみに依存する。従って、光検出
器9は、不図示のレーザーの発振波長が変化しても、被
検物体7の速度Vに正確に対応した信号を出力する。
F=2Vsin θ. /λ − (5)
2 n V / d In other words, the Doppler frequency F does not depend on the wavelength λ of the laser beam, is inversely proportional to the grating pitch d of the diffraction grating 10, and is proportional to the order n of the diffracted light and the moving speed V of the test object 7. become. Since the pitch d of the diffraction grating 10 is sufficiently stable, the Doppler frequency F is independent of the wavelength of the laser light and depends only on the velocity V of the object 7 to be examined. Therefore, the photodetector 9 outputs a signal that accurately corresponds to the velocity V of the test object 7 even if the oscillation wavelength of a laser (not shown) changes.

以上述べた検出原理を用いたレーザードツプラー速度計
の一例を第5図で説明する。
An example of a laser Doppler velocimeter using the detection principle described above will be explained with reference to FIG.

第5図において、第1図及び第4図に示す要素と同じ要
素には、これらのものと同一符号が付してあり、また、
これらの要素に関する説明も省略する。
In FIG. 5, the same elements as those shown in FIGS. 1 and 4 are given the same reference numerals, and
Explanation regarding these elements will also be omitted.

ここでは、レーザー1として、波長λ=0.78μmの
レーザー光を放射するレーサーダイオードを使用してお
り、装置の小型化を図っている。
Here, a laser diode that emits a laser beam with a wavelength λ=0.78 μm is used as the laser 1, thereby reducing the size of the device.

レーザー1としてはシングルモードレーサー、マルチモ
ードレーザーのいずれであっても良い。また、回折格子
10は格子ピッチd=1.6μmの反射型の回折格子で
あり、ガラス基板等の基板面にAI;! Au等の反射
膜を周期的に形成したり、或いはガラス基板の基板面に
溝を周期的に形成し、溝面に前述の反射膜を施したりし
たものである。このように回折格子10としては、振幅
型或いは位相型(レリーフ型)など様々な形態の回折格
子が使用できる。
The laser 1 may be a single mode laser or a multimode laser. Further, the diffraction grating 10 is a reflection type diffraction grating with a grating pitch d=1.6 μm, and is coated with AI;! on the surface of a substrate such as a glass substrate. A reflective film made of Au or the like is periodically formed, or grooves are periodically formed on the surface of a glass substrate, and the above-mentioned reflective film is applied to the groove surfaces. As described above, various types of diffraction gratings such as amplitude type or phase type (relief type) can be used as the diffraction grating 10.

レーザーダイオード1からのレーサー光はコリメーター
レンズ2によって直径的2mmφの平行光束3となり、
固定された反射型回折格子10にこの回折格子10の格
子配列方向tに垂直な方向から入射する。回折格子10
で生じた±1次の反射回折光61.62は回折角θ1夕
29°で回折格子10から出射し、格子配列方向tに垂
直に配置したミラー6.6′により被検物体7に各々入
射角θ1で斜入射する。各回折光61.62は被検物体
7上に約2mmφの光スポットを形成し、各々の光スポ
ットは被検物体7上で重ね合わせられる。光検出器9は
0.8mmφの受光部9aを有し、集光レンズ8は2本
の回折光61.62が形成する光スポットの中央部0.
8mmφの領域を受光部9aに等倍に結像する。従って
、光検出器9は各回折光61.62により生じた反射散
乱光が互いに干渉した干渉光を受光部9aで効率良く受
光し、光電変換する。そして、光検出器9は前記(5)
式においてn=1を代入したF=2V/dなる波長λに
よらないドツプラー周波数Fに応じた信号を出力する。
The laser light from the laser diode 1 becomes a parallel beam 3 with a diameter of 2 mmφ by the collimator lens 2.
The light enters the fixed reflection type diffraction grating 10 from a direction perpendicular to the grating arrangement direction t of this diffraction grating 10. Diffraction grating 10
The ±1st-order reflected diffraction lights 61 and 62 generated at It is obliquely incident at an angle θ1. Each of the diffracted lights 61 and 62 forms a light spot of approximately 2 mmφ on the object 7 to be tested, and the respective light spots are superimposed on the object 7 to be tested. The photodetector 9 has a light receiving part 9a with a diameter of 0.8 mm, and the condenser lens 8 focuses the central part 0.8 mm of the light spot formed by the two diffracted lights 61 and 62.
An area of 8 mmφ is imaged at the same size on the light receiving section 9a. Therefore, the photodetector 9 efficiently receives interference light in which reflected and scattered lights generated by the respective diffracted lights 61 and 62 interfere with each other, and photoelectrically converts the received light into the light receiving section 9a. Then, the photodetector 9 is as described in (5) above.
A signal corresponding to the Doppler frequency F independent of the wavelength λ, which is F=2V/d by substituting n=1 in the equation, is output.

ここで、第6図(a)に示すように、2つの回折光61
.62が被検物体7上で完全に重なる場合の回折格子1
0と被検物体7との距離りは、ミラー6.6′の距離を
lとすると、 h=1!、/丁7:7T7フ’T      ・・・ 
(6)となる。従ってf=30mmの場合、レーザー光
の波長λ=0.78μm、格子ピッチd=1.6μmだ
から、h=53.7mmとなる。因みに、レーザーダイ
オード1の発振周波数は1%変化(レーザーダイオード
1の温度で約30℃変化)したとすると、2つの回折光
61.62の光スポットは周波数が長波長側に変化した
場合には第6図(b)に示すようになり、周波数が短波
長側に変化した場合には、第6図(C)に示すようにな
る。第6図(b)、(c)では2つの光スポットは約0
.8mmずれる。
Here, as shown in FIG. 6(a), two diffracted lights 61
.. Diffraction grating 1 when 62 completely overlaps on test object 7
The distance between 0 and the test object 7 is h=1!, where l is the distance of the mirror 6.6'. ,/D7:7T7F'T...
(6) becomes. Therefore, when f=30 mm, the wavelength λ of the laser beam is 0.78 μm, and the grating pitch d is 1.6 μm, so h=53.7 mm. Incidentally, assuming that the oscillation frequency of laser diode 1 changes by 1% (change of about 30 degrees Celsius depending on the temperature of laser diode 1), the light spots of the two diffracted lights 61 and 62 will change when the frequency changes to the longer wavelength side. The state becomes as shown in FIG. 6(b), and when the frequency changes to the shorter wavelength side, the state becomes as shown in FIG. 6(C). In Figures 6(b) and (c), the two light spots are approximately 0.
.. It shifts by 8mm.

第6図(b)、(c)に示すいずれの場合も、光検出器
9が、2つの回折光61.62により生じる散乱光を同
時に受光するから、光検出器9からは、ドツプラー周波
数Fに対応する信号が出力される。
In both cases shown in FIGS. 6(b) and 6(c), since the photodetector 9 simultaneously receives the scattered light generated by the two diffracted lights 61 and 62, the Doppler frequency F A signal corresponding to is output.

本発明は、第5図で示したようなレーザードツブラー速
度計に更に改良を加えたものであり、速度計を更に小型
化にすることが可能になる。そして、第6図(b)、(
c)で示したような、2つの光スポツト間のずれを小さ
く抑えることができるものである。以下、本発明の実施
例を詳述する。
The present invention is a further improvement to the laser Dobbler speedometer as shown in FIG. 5, and it becomes possible to further downsize the speedometer. And, Fig. 6(b), (
As shown in c), the deviation between the two light spots can be kept small. Examples of the present invention will be described in detail below.

第7図(A)、(B)は、本発明の第1実施例を示す概
略図であり、第7図(A)は正面図、第7図(B)は側
面図である。第7図(A)、(B)において、第5図で
示した要素と同じ要素には第5図のものと同一の符号が
付しである。第5図に示した速度計と本実施例の速度計
とを比較すると理解できるように、本実施例の速度計の
構成要素は第5図の速度計と全(同じである。本実施例
の速度計の改良点は、レーザーダイオード1、コリメー
ターレンズ2、そして反射型回折格子10の配置を変え
た点にある。尚、第7図(A)では、レーサーダイオー
ド1とコリメーターレンズ2の図示を、第7図(B)で
は、ミラー6.6′の図示を省略している。
FIGS. 7(A) and 7(B) are schematic diagrams showing a first embodiment of the present invention, with FIG. 7(A) being a front view and FIG. 7(B) being a side view. In FIGS. 7(A) and 7(B), the same elements as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals as those in FIG. 5. As can be understood by comparing the speedometer shown in FIG. 5 with the speedometer of this embodiment, all the components of the speedometer of this embodiment are the same as those of the speedometer of FIG. The improvement of the speedometer is that the arrangement of the laser diode 1, collimator lens 2, and reflective diffraction grating 10 has been changed. The illustration of the mirror 6.6' is omitted in FIG. 7(B).

本実施例の特徴となる構成は第7図(B)の側面図に表
われている。第7図(B)に示す通り、本実施例では、
±1次回折光61.62の各々の光路を含む入射平面(
第7図(A)の紙面に相当する。)から外れた場所に、
レーザーダイオード1とコリメーターレンズ2とを配置
している。そして、回折格子10を、この入射平面(Z
−X平面)と被検物体7の移動方向(X方向)の双方に
直交する平面(z−X平面)内で傾けている。
The characteristic configuration of this embodiment is shown in the side view of FIG. 7(B). As shown in FIG. 7(B), in this example,
The incident plane (
This corresponds to the page of FIG. 7(A). ) in a place away from
A laser diode 1 and a collimator lens 2 are arranged. Then, the diffraction grating 10 is aligned with this plane of incidence (Z
-X plane) and within a plane (z-X plane) perpendicular to both the moving direction (X direction) of the object 7 to be examined.

本実施例では、回折格子10の格子線(格子配列方向t
と直交する溝などに相当する線)の方向が被検物体の移
動方向と直交する方向(X方向)と角度αを成すように
、回折格子10を傾けており、ここでは、α=15°に
設定している。
In this embodiment, the grating lines of the diffraction grating 10 (the grating arrangement direction t
The diffraction grating 10 is tilted so that the direction of the line (corresponding to a groove or the like perpendicular to It is set to .

一方、レーサーダイオード1とコリメーターレンズ2と
を含む照明系の光軸AXは、被検物体7に垂直な軸(2
方向)に対して角度Wを成すように設定しである。この
角度Wは、回折格子10が傾いている平面(Z−Y平面
)と同じ面内に関して与えられている。ここではW=2
8.06°に設定されている。
On the other hand, the optical axis AX of the illumination system including the racer diode 1 and the collimator lens 2 is an axis (2
direction) so as to form an angle W with respect to the direction. This angle W is given with respect to the same plane as the plane (ZY plane) on which the diffraction grating 10 is inclined. Here W=2
It is set at 8.06°.

ここで、第8図に示すように、格子配列方向tと格子線
gが延びる方向Sとで形成される格子面(t−3平面)
の垂線Uに対して角度θてレーサー光が入射する時、±
1次回折光61.62の光路を含む平面が垂線Uに成し
て成す角はα±1次回折光61.62が互いに成す角の
2等分角(回折角)はθ1であり、 dsinθ =λ (d・回折格子のピッチ、λ 波長) sinθ=C0Sθ、 % s i n αなる関係を
満たす。
Here, as shown in FIG. 8, a lattice plane (t-3 plane) formed by the lattice arrangement direction t and the direction S in which the lattice lines g extend
When the laser beam is incident at an angle θ with respect to the perpendicular U, ±
The angle formed by the plane containing the optical path of the first-order diffracted light beams 61.62 and the perpendicular U is α±The bisecting angle (diffraction angle) of the angle formed by the first-order diffracted light beams 61.62 with each other is θ1, and dsinθ = λ (d: pitch of diffraction grating, λ wavelength) sin θ=COS θ, satisfies the relationship: % sin α.

本実施例ではα=15°、W=28.06’θ−W−α
であるから、±1次回折光61.62の回折角θ1;2
9°となり、また、±1次回折光61.62の光路を含
む入射平面は、被検物体の表面に対して垂直な、Z−X
平面と平行な平面となる。
In this example, α=15°, W=28.06'θ−W−α
Therefore, the diffraction angle θ1;2 of the ±1st-order diffracted light 61.62
9°, and the incident plane including the optical path of the ±1st-order diffracted light 61.62 is Z-X, which is perpendicular to the surface of the object to be inspected.
It becomes a plane parallel to the plane.

従って、本実施例においても、固定された回折格子10
て生じた11次の反射回折光61.6262が回折角θ
、z29°で回折格子10から出射し、被検物体7の移
動方向Xに垂直に、その反射面を設置したミラー6.6
′で反射され、被検物体7に各々入射角θ1で斜入射す
る。各回折光61.62は被検物体7上に約2mmφの
光スポットを形成し、各々の光スポットは被検物体7上
で重ね合わせられる。光検出器9は0.8mmφの受光
部9aを有し、集光レンズ8は2本の回折光61.62
が形成する光スポットの中央部0.8mmφの領域を受
光部9aに等倍に結像する。従って、光検出器9は各回
折光61.62により生じた反射散乱光が互いに干渉し
た干渉光を受光部9aて効率良く受光し、光電変換する
。そして、光検出器9は前記(5)式においてn=1を
代入したF、=2V/dなる、波長λによらない ドツ
プラー周波数Fに応じた信号を出力する。
Therefore, in this embodiment as well, the fixed diffraction grating 10
The 11th order reflected diffraction light 61.6262 generated by the diffraction angle θ
, z29° from the diffraction grating 10, and the mirror 6.6 has its reflecting surface set perpendicular to the moving direction X of the test object 7.
', and obliquely enter the object 7 at an incident angle θ1. Each of the diffracted lights 61 and 62 forms a light spot of approximately 2 mmφ on the object 7 to be tested, and the respective light spots are superimposed on the object 7 to be tested. The photodetector 9 has a light receiving part 9a with a diameter of 0.8 mm, and the condenser lens 8 collects two diffracted lights 61 and 62.
A central 0.8 mm diameter area of the light spot formed by the light spot is imaged at the same size on the light receiving section 9a. Therefore, the photodetector 9 efficiently receives the interference light in which the reflected and scattered lights generated by the respective diffracted lights 61 and 62 interfere with each other through the light receiving section 9a, and photoelectrically converts the interference light. Then, the photodetector 9 outputs a signal corresponding to the Doppler frequency F, which is independent of the wavelength λ and is F=2V/d, which is obtained by substituting n=1 in the equation (5).

第5図で示した速度計では、被検物体7と回折格子10
の距離がh=53.7mmであったが、本実施例の速度
計では、レーザーダイオード1とコリメーターレンズ2
を含む照明系証明計を±1次回折光61.62の光路を
含む入射平面がら外れた場所に設けている為、被検物体
7と回折格子10の距離をh:=32mm程度に短くで
きる。また、このように構成した時、レーザーダイオー
ド1の発振周波数が1%変化した場合の回折光61.6
2による各光スポットのずれは0. 5mmとなる。即
ち、第5図で示した速度計よりも、光スポットのずれも
小さくなる。
In the speedometer shown in FIG.
In the speedometer of this example, the distance between the laser diode 1 and the collimator lens 2 was 53.7 mm.
Since the illumination system verification meter including the 1st-order diffracted light beam 61 and 62 is provided at a location away from the plane of incidence including the optical path of the ±1st-order diffracted light beams 61 and 62, the distance between the test object 7 and the diffraction grating 10 can be shortened to about h:=32 mm. In addition, when configured in this way, the diffracted light 61.6 when the oscillation frequency of the laser diode 1 changes by 1%
The deviation of each light spot due to 2 is 0. It will be 5mm. That is, the deviation of the light spot is also smaller than in the speedometer shown in FIG.

従って、本実施例の速度計は、コンパクトで、しかも検
出感度が高い速度計となっている。
Therefore, the speedometer of this embodiment is compact and has high detection sensitivity.

第9図(A)、(B)は本発明の第2実施例を示す概略
図であり、第9図(A)が正面図、第9図(B)が側面
図である。第9図(A)、(B)において、第5図、第
7図(A)、(B)で示した要素と同じ要素には第5図
、第7図(A)。
FIGS. 9(A) and 9(B) are schematic diagrams showing a second embodiment of the present invention, with FIG. 9(A) being a front view and FIG. 9(B) being a side view. In FIGS. 9(A) and 9(B), the same elements as those shown in FIGS. 5 and 7(A) and (B) are shown in FIGS. 5 and 7(A).

(B)のものと同一の符号が符しである。第5図に示し
た速度計と本実施例の速度計とを比較すると理解できる
ように、本実施例の速度計の構成も第5図の速度計と全
く同じである。そして、本実施例の速度計の改良点も、
レーザーダイオード1、コリメーターレンズ2.そして
反射型回折格子10の配置を変えた点にある。また、第
7図(A)、(B)で示した速度計では光検出器9の上
方に回折格子10を斜設していたのに対し、本実施例の
速度計は光検出器の隣りに回折格子10を被検物体7の
表面に対して水平に設けている。
The same reference numerals as those in (B) are used. As can be understood by comparing the speedometer shown in FIG. 5 with the speedometer of this embodiment, the configuration of the speedometer of this embodiment is also exactly the same as that of the speedometer of FIG. Also, the improvements in the speedometer of this example are as follows:
Laser diode 1, collimator lens 2. Another point is that the arrangement of the reflection type diffraction grating 10 is changed. In addition, in the speedometers shown in FIGS. 7(A) and 7(B), the diffraction grating 10 was installed obliquely above the photodetector 9, whereas in the speedometer of this embodiment, the diffraction grating 10 was provided diagonally above the photodetector 9. A diffraction grating 10 is provided horizontally to the surface of the object 7 to be tested.

尚、第9図(A)ではレーザーダイオード1とコリメー
ターレンズ2の図示を、第9図(B)ではミラー6.6
′の図示を省略しているが、第9図(B)に符号11で
示しているのは不図示のミラー6’  (6)による回
折光61(62)の反射点である。
Note that FIG. 9(A) shows the laser diode 1 and collimator lens 2, and FIG. 9(B) shows the mirror 6.6.
Although not shown, the reference numeral 11 in FIG. 9(B) indicates a reflection point of the diffracted light 61 (62) by a mirror 6' (6), not shown.

本実施例では、回折格子1oを光検出器9とほぼ同じ高
さの位置に設けている。前述した通り回折格子10は被
検物体7の表面にほぼ水平に設けられており、回折格子
10の格子配列方向tは被検物体7の移動方向Xと一致
している。
In this embodiment, the diffraction grating 1o is provided at approximately the same height as the photodetector 9. As described above, the diffraction grating 10 is provided substantially horizontally on the surface of the object 7 to be examined, and the grating arrangement direction t of the diffraction grating 10 coincides with the moving direction X of the object 7 to be examined.

レーザーダイオードlとコリメーターレンズ2を含む照
明系証明計の光軸AXは、回折格子1゜の格子線に対し
て、X−Y平面に関して所定角度(θ>nいており、レ
ーザーダイオード1がら射出したレーザー光はコリメー
タレンズ2で平行光束に変換された後、固定された回折
格子1oに斜め入射する。従って、回折格子10で生じ
る±1次反射回折光61.62が射出する方向は、2−
Y平面に関して、回折格子1oの格子線と前記角度(θ
)を成す方向になり、これら±1次回折光61.62の
光路を含む入射平面は、回折格子10と被検物体7の表
面に対して傾く。また、本実施例でも回折格子10の格
子ピッチd=1.6μm、レーザー光の波長人=0.7
8μmであるから、回折格子10から射出する±1次回
折光61.62の回折角は、z−X平面に関して、θ、
;29°となる。
The optical axis AX of the illumination system verification meter including the laser diode 1 and the collimator lens 2 is at a predetermined angle (θ>n with respect to the X-Y plane with respect to the grating line of the 1° diffraction grating, and the laser diode 1 After the laser beam is converted into a parallel beam by the collimator lens 2, it obliquely enters the fixed diffraction grating 1o.Therefore, the directions in which the ±1st-order reflected diffraction beams 61 and 62 generated by the diffraction grating 10 are emitted are as follows: −
Regarding the Y plane, the grating lines of the diffraction grating 1o and the angle (θ
), and the plane of incidence including the optical paths of these ±1st-order diffracted lights 61 and 62 is inclined with respect to the surfaces of the diffraction grating 10 and the object 7 to be measured. Also in this embodiment, the grating pitch d of the diffraction grating 10 is 1.6 μm, and the wavelength of the laser beam is 0.7 μm.
8 μm, the diffraction angle of the ±1st-order diffracted light 61.62 emitted from the diffraction grating 10 is θ, with respect to the z-X plane.
; It becomes 29°.

回折格子10から射出した反射回折光61゜62は、各
々、格子配列方向tに垂直に、その反射面を設置したミ
ラー6.6′で反射され、Z−X平面に関して角度θ1
で、Z−Y平面に関して角度θで、被検物体7上に斜入
射する。各回折光61.62は被検物体7上に数mmφ
の光スポットを形成し、各々の光スポットは被検物体7
上で重ね合わせられる。光検出器9は0.8mmφの受
光部9aを有し、集光レンズ8は2本の回折光61.6
2が形成する光スポットが互いに重なり有った領域を光
検出器9の受光部9aに等倍に結像する。従って、光検
出器9は各回折光61.62により生じた反射散乱光が
互いに干渉した干渉光を受光部9aで効率良く受講し、
光電変換する。そして、光検出器9は前記(5)式にお
いてn=1を代入したF=2V/dなる、波長λによら
ない、ドツプラー周波数Fに応じた信号を出力する。
The reflected diffracted lights 61 and 62 emitted from the diffraction grating 10 are each reflected by mirrors 6 and 6' whose reflective surfaces are installed perpendicular to the grating arrangement direction t, and are reflected at an angle θ1 with respect to the Z-X plane.
The light is obliquely incident on the object 7 at an angle θ with respect to the Z-Y plane. Each diffracted light beam 61.62 is placed on the test object 7 by several mmφ.
, and each light spot is located on the object 7 to be inspected.
Can be superimposed on top. The photodetector 9 has a light receiving part 9a with a diameter of 0.8 mm, and the condenser lens 8 collects two diffracted lights 61.6.
The area in which the light spots formed by the light spots 2 overlap with each other is imaged at the same size on the light receiving section 9a of the photodetector 9. Therefore, the photodetector 9 efficiently receives the interference light in which the reflected and scattered lights generated by the respective diffracted lights 61 and 62 interfere with each other at the light receiving section 9a.
Convert photoelectrically. Then, the photodetector 9 outputs a signal corresponding to the Doppler frequency F, which is independent of the wavelength λ and is F=2V/d obtained by substituting n=1 in equation (5).

本実施例では、回折光61.62の各々の光路を含む入
射平面から外れた場所に、レーザーダイオード1とコリ
メーターレンズ2を含む照明系と、集光レンズ8と光検
出器9を含む検出系の双方を配置している為、第7図(
A)、(B)で示した速度計よりも更にコンパクトな速
度計となる。例えば、本実施例の速度計ては、回折格子
10と被検物棉7の、回折光61.62の各々の光路を
含む入射平面に沿った距離を、h’=23mm程度にす
ることが可能であり、回折格子10と被検物体7の間隔
は20mm以下に抑えることができる。また、本実施例
の速度計ては、レーザーダイオード1の発振周波数が1
%変化した場合の回折光61.62による各光スポット
のずれは0.35mm程度までに抑えることができる。
In this embodiment, an illumination system including a laser diode 1 and a collimator lens 2, and a detection unit including a condenser lens 8 and a photodetector 9 are installed at a location away from the incident plane including the optical paths of each of the diffracted lights 61 and 62. Since both systems are arranged, Figure 7 (
The speedometer is even more compact than the speedometers shown in A) and (B). For example, in the speedometer of this embodiment, the distance between the diffraction grating 10 and the test object cloth 7 along the incident plane including the optical paths of each of the diffracted lights 61 and 62 can be set to about h' = 23 mm. This is possible, and the distance between the diffraction grating 10 and the test object 7 can be suppressed to 20 mm or less. In addition, in the speedometer of this embodiment, the oscillation frequency of the laser diode 1 is 1
% change, the deviation of each light spot due to the diffracted light 61.62 can be suppressed to about 0.35 mm.

第10図(A)、(B)は本発明の第3実施例を示す概
略図であり、第10図(A)が正面図、第10図(B)
が側面図である。第10図(A)。
10(A) and 10(B) are schematic diagrams showing a third embodiment of the present invention, FIG. 10(A) is a front view, and FIG. 10(B)
is a side view. Figure 10(A).

(B)において、第5図、第7図(A)、(B)及び第
9図(A)、(B)で示しt−要素と同じ要素には、第
5図、第7図(A)、(B)及び第9図(A)、(B)
とものと同一の符号が符しである。また、第10図(A
)、(B)において、符号12で示されるのは両面ミラ
ーである。
In (B), the same elements as the t-element shown in FIGS. 5, 7 (A), (B), and 9 (A), (B) include ), (B) and Figure 9 (A), (B)
The same symbol as the one is the symbol. In addition, Fig. 10 (A
) and (B), the reference numeral 12 indicates a double-sided mirror.

本実施例の速度計の、第5図の速度計に対する改良点は
、両面ミラー12を用い、レーザーダイオード1.コリ
メーターレンズ2.集光レンズ8及び光検出器9を、被
検物体7の表面及び回折格子10に対して水平に配列し
た点である。
The speedometer of this embodiment is improved over the speedometer of FIG. 5 by using a double-sided mirror 12 and a laser diode 1. Collimator lens 2. This is the point where the condenser lens 8 and the photodetector 9 are arranged horizontally with respect to the surface of the object 7 and the diffraction grating 10.

本実施例では、回折格子10の格子配列方向tと被検物
体7の移動方向Xとが一致しており、以下述べる通り、
回折光61.62の各々の光路を含む入射平面は、これ
らの方向t、xと平行である。そして、この入射平面は
被検物体7の表面に垂直である。
In this embodiment, the grating arrangement direction t of the diffraction grating 10 and the moving direction X of the test object 7 match, and as described below,
The plane of incidence containing the optical path of each of the diffracted lights 61, 62 is parallel to these directions t, x. This plane of incidence is perpendicular to the surface of the object 7 to be inspected.

両面ミラー12は、ガラス基板の両面にAf等の反射膜
を蒸着したり、或いは金属板で構成される。両面ミラー
12は、被検物体7と回折格子10の間に、Z−Y平面
に関して、両面に形成した反射面が被検物体7の表面に
対して45°を成すように斜設される。レーザーダイオ
ード1とコリメーターレンズ2を含む照明系は、両面ミ
ラー12の上側の反射面にレーザー光を向けるように設
けられ、この照明系の光軸AXは回折格子10の格子線
と平行に設定される。一方、集光レンズ8と光検出器9
を含む検出系は、両面ミラー12の下側の反射面で反射
した光を受けるように設けられ、この検出系の光軸は照
明系の光軸AXと平行に設定される。尚、照明系の光軸
AXは両面ミラー12の反射面で直角に折り曲げられて
、回折格子10に対して垂直と交わり、検出系の光軸も
両面ミラー12の反射面で直角に折り曲げられて、被検
物体7の表面と垂直に交わる。
The double-sided mirror 12 is formed by depositing reflective films such as Af on both sides of a glass substrate, or by forming a metal plate. The double-sided mirror 12 is installed obliquely between the test object 7 and the diffraction grating 10 so that the reflective surfaces formed on both sides form an angle of 45° with respect to the surface of the test object 7 with respect to the ZY plane. An illumination system including a laser diode 1 and a collimator lens 2 is provided to direct the laser beam to the upper reflective surface of the double-sided mirror 12, and the optical axis AX of this illumination system is set parallel to the grating lines of the diffraction grating 10. be done. On the other hand, the condenser lens 8 and the photodetector 9
A detection system including the double-sided mirror 12 is provided to receive the light reflected by the lower reflective surface of the double-sided mirror 12, and the optical axis of this detection system is set parallel to the optical axis AX of the illumination system. The optical axis AX of the illumination system is bent at a right angle by the reflective surface of the double-sided mirror 12 and intersects perpendicularly to the diffraction grating 10, and the optical axis of the detection system is also bent at a right angle by the reflective surface of the double-sided mirror 12. , intersect perpendicularly to the surface of the test object 7.

このような構成において、レーザーダイオードlからの
レーザー光はコリメータレンズ2により平行光束に変換
され、両面ミラー12の反射面に入射する。両面ミラー
12の反射面で反射されたレーザー光は、固定された回
折格子10に垂直入射し、回折格子10で反射回折され
る。回折格子10で生じた反射回折光のうちの±1次反
射回折光61.62は、前記各実施例同様、回折角θ1
;29°で回折格子10から射出し、各々ミラー6.6
′に向かう。ここで、両面ミラー12は回折格子10で
生じた±1次回折光61.62の各々の光路を遮らない
ように、その寸法と配置が決められている。また、ミラ
ー6.6′の各々の反射面は、回折格子の格子配列方向
を及び被検物体7の移動方向Xと直交する面内にある。
In such a configuration, the laser beam from the laser diode 1 is converted into a parallel beam by the collimator lens 2, and is incident on the reflective surface of the double-sided mirror 12. The laser beam reflected by the reflective surface of the double-sided mirror 12 is perpendicularly incident on the fixed diffraction grating 10, and is reflected and diffracted by the diffraction grating 10. Of the reflected diffracted lights generated by the diffraction grating 10, the ±1st-order reflected diffracted lights 61 and 62 have a diffraction angle θ1, as in each of the above embodiments.
exiting from the diffraction grating 10 at 29°, each mirror 6.6
’. Here, the dimensions and arrangement of the double-sided mirror 12 are determined so as not to block the respective optical paths of the ±1st-order diffracted lights 61 and 62 generated by the diffraction grating 10. Further, each reflective surface of the mirrors 6 and 6' is in a plane perpendicular to the grating arrangement direction of the diffraction grating and the moving direction X of the object 7 to be examined.

回折光61.62は、各々、ミラー6.6′で反射せし
められ、各々入射角θ1で被検物体7に斜入射する。各
回折光61.62は被検物体7上に約2mmφの光スポ
ットを形成し、各々の光スポットは被検物体7上で重ね
合わせられる。光検出器9は0.8mmφの受光部9a
を有し、集光レンズ8は、両面ミラー12と共に2本の
回折光61.62が形成する光スポットの中央部0.8
mmφの領域を受光部9aに等倍に結像する。
The diffracted lights 61 and 62 are each reflected by mirrors 6 and 6', and are obliquely incident on the object 7 to be inspected at an incident angle θ1. Each of the diffracted lights 61 and 62 forms a light spot of approximately 2 mmφ on the object 7 to be tested, and the respective light spots are superimposed on the object 7 to be tested. The photodetector 9 has a light receiving part 9a with a diameter of 0.8 mm.
The condensing lens 8, together with the double-sided mirror 12, focuses the central part 0.8 of the light spot formed by the two diffracted lights 61 and 62.
An area of mmφ is imaged at the same size on the light receiving section 9a.

従って、光検出器9は、各回折光61.62により生じ
た反射散乱光が互いに干渉した干渉光を、両面ミラー1
2を介して、受光部9aで効率良く受光し、光電変換す
る。そして、光検出器9は前記(5)式においてn=1
を代入したF=2V/dなる波長λによらないドツプラ
ー周波数Fに応じた信号を出力する。
Therefore, the photodetector 9 detects the interference light, in which the reflected and scattered lights generated by the respective diffracted lights 61 and 62 interfere with each other, to the double-sided mirror 1.
2, the light is efficiently received by the light receiving section 9a, and photoelectrically converted. Then, the photodetector 9 is n=1 in the above equation (5).
A signal corresponding to the Doppler frequency F independent of the wavelength λ, which is obtained by substituting F=2V/d, is output.

本実施例では、回折格子10と被検物体7の間に両面ミ
ラー12を斜設し、回折光61.62の各々の光路を含
む入射平面からレーザーダイオード1.コリメータレン
ズ2.集光レンズ8.光検出器7を外して、回折格子1
0と被検物体7の表面にほぼ平行に配列した為、第9図
(A)、(B)で示した実施例同様、第7図(A)、(
B)で示した速度計よりも更にコンパクトな速度計にな
る。本実施例の構成によれば、回折格子10と被検物体
の距離をh=20mm程度にすることが可能で、レーザ
ーダイオード1の発振周波数が1%変化した場合の回折
光61.62による各光スポットのずれは、0.30m
m程度に抑えることができる。
In this embodiment, a double-sided mirror 12 is installed obliquely between the diffraction grating 10 and the object to be inspected 7, and the laser diode 1. Collimator lens 2. Condensing lens 8. Remove the photodetector 7 and attach the diffraction grating 1.
7 (A), (
The speedometer becomes even more compact than the speedometer shown in B). According to the configuration of this embodiment, it is possible to set the distance between the diffraction grating 10 and the object to be measured to be approximately 20 mm, and when the oscillation frequency of the laser diode 1 changes by 1%, the diffracted light 61.62 The deviation of the light spot is 0.30m
It can be suppressed to about m.

以上示した本発明の第1乃至第3実施例では、被検物体
7を照明する一対の回折光として、±1次反射回折光を
用いていたが、±2次や±3次の回折光などの正負同次
数の回折光の任意の対を照明に使用できる。また、次数
が異なる回折光同志の対を使用することも可能である。
In the first to third embodiments of the present invention described above, ±1st-order reflected diffraction light was used as a pair of diffracted lights illuminating the test object 7, but ±2nd-order and ±3rd-order diffracted light Any pair of diffracted lights of the same positive and negative orders can be used for illumination. It is also possible to use pairs of diffracted lights of different orders.

また、第1乃至第3実施例では、回・折格子10の格子
配列方向tが被検物体7の移動方向Xと一致しているが
、格子配列方向tをZ−X平面即ち、一対の回折光の光
路を含む入射平面に関して、移動方向Xと所定角度を成
すように回折格子10を傾けることもできる。また、回
折格子10を、このように傾ける代りに、照明系(1,
2)からの平行光束を、この入射平面に関して、回折格
子10に斜入射させることもできる。いずれの構成でも
、一対の回折光が回折格子10から射出した時の互いの
成す角とほぼ同じ交差角で被検物体7のほぼ同一箇所に
入射させるようにすれば、レーザー光の波長変動に依ら
ない、正確な速度検出が可能になる。
Further, in the first to third embodiments, the grating arrangement direction t of the diffraction grating 10 coincides with the moving direction X of the test object 7, but the grating arrangement direction t is set to The diffraction grating 10 can also be tilted so as to form a predetermined angle with the moving direction X with respect to the incident plane that includes the optical path of the diffracted light. Also, instead of tilting the diffraction grating 10 in this way, the illumination system (1,
The parallel light beam from 2) can also be obliquely incident on the diffraction grating 10 with respect to this plane of incidence. In either configuration, if the pair of diffracted beams are made to enter the test object 7 at approximately the same angle at approximately the same angle of intersection as the angle formed by each other when they are emitted from the diffraction grating 10, wavelength fluctuations of the laser beam can be avoided. Accurate speed detection becomes possible.

第11図は、本発明のレーザードツプラー速度計を、フ
ァクシミリの紙送り制御に使用した例を示す概略図であ
る。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example in which the laser Doppler velocimeter of the present invention is used for facsimile paper feed control.

第11図において、符号13で示されるのが本発明の速
度計であり、速度計13の構成は、前記第1乃至第3実
施例で示した、いずれかの構成が取られている。14は
、その上に紙19が載置されるベルト、15は紙19を
ベルト14上へ供給する給紙ユニット、16.17はロ
ーラーで、16が本体に軸支されたベルトローラ、17
が駆動ローラ、18が、それに駆動ローラ17が取付け
られた駆動モータを示す。ベルト14は、駆動ローラ1
7とベルトローラ16の間に、図示する通り、張られ、
駆動モータ18で駆動ローラ17を矢印方向へ回転させ
ることにより、駆動ローラ17とベルトローラ16とが
協力してベルト14を動かす。
In FIG. 11, the reference numeral 13 indicates the speedometer of the present invention, and the speedometer 13 has one of the configurations shown in the first to third embodiments. 14 is a belt on which the paper 19 is placed; 15 is a paper feeding unit that supplies the paper 19 onto the belt 14; 16 and 17 are rollers; 16 is a belt roller pivotally supported on the main body; 17;
18 indicates a drive roller, and 18 indicates a drive motor to which the drive roller 17 is attached. The belt 14 is connected to the drive roller 1
7 and the belt roller 16 as shown in the figure,
By rotating the drive roller 17 in the direction of the arrow by the drive motor 18, the drive roller 17 and the belt roller 16 cooperate to move the belt 14.

給紙ユニット15から供給された紙19は、ベルト14
上に載置されてヘルド14の移動と共に矢印方向へ移動
する。速度計13は、移動中の紙19にレーサー光を照
射して、紙19て生じた散乱光を光検出器で受光する。
The paper 19 supplied from the paper feed unit 15 is transferred to the belt 14
It is placed on top and moves in the direction of the arrow as the heald 14 moves. The speedometer 13 irradiates the moving paper 19 with racer light and receives the scattered light generated by the paper 19 with a photodetector.

このような照射−受光の様子は、第7図乃至第10図で
示した通りである。本実施例では、速度計13の光検出
器からの出力信号(ドツプラー周波数に応じた信号)が
速度検出回路110に入力される。回路110は光検出
器からの出力信号の周波数に基づいて紙19の移動速度
、即ちベルト14の移動速度を検出する。回路110で
検出された速度の情報は制御回路111に入力され、回
路111が駆動モータドライバ112を介して、駆動モ
ーター18の回転速度を制御する。この制御は、ベルト
14の移動速度、即ち紙19の移動速度が一定になるよ
うに、回路111がドライバー112へ補正信号を入力
し、この信号に応答してドライバー112が駆動モータ
ー118の回転速度の調整を行なうものである。これに
より、紙19の送り速度がほぼ一定になり、従来、駆動
ローラの回転数制御のみの速度−走化の場合に生じてい
た、駆動ローラの偏心による周期的速度変化もキャンセ
ルすることができ、より確実に定速の紙送りが行なえる
The state of such irradiation and light reception is as shown in FIGS. 7 to 10. In this embodiment, an output signal from the photodetector of the speedometer 13 (a signal according to the Doppler frequency) is input to the speed detection circuit 110. The circuit 110 detects the moving speed of the paper 19, ie, the moving speed of the belt 14, based on the frequency of the output signal from the photodetector. Information on the speed detected by the circuit 110 is input to a control circuit 111, and the circuit 111 controls the rotational speed of the drive motor 18 via a drive motor driver 112. In this control, the circuit 111 inputs a correction signal to the driver 112 so that the moving speed of the belt 14, that is, the moving speed of the paper 19 is constant, and in response to this signal, the driver 112 adjusts the rotational speed of the drive motor 118. This is to make adjustments. As a result, the feeding speed of the paper 19 becomes almost constant, and it is also possible to cancel periodic speed changes due to eccentricity of the driving roller, which conventionally occurred when speed-running was controlled only by controlling the rotational speed of the driving roller. , paper can be fed more reliably at a constant speed.

また、本発明の速度計は、前述した様に、非常に小型で
あり、また、部品点数も少ないので低コストである為、
ファクシミリ等の機器に有効に使用し得る。
In addition, as mentioned above, the speedometer of the present invention is very small and has a small number of parts, so it is low cost.
It can be effectively used in devices such as facsimiles.

第11図において、定速て送られる紙19には、不図示
の印字ヘッドにより画像が書込まれる。本実施例では、
紙19が極めて正確に移動(画像書込み時の副走査方向
への移動)している間に、画像の書込みが行なわれる為
、画質の印字が可能になる。
In FIG. 11, an image is written on paper 19 that is fed at a constant speed by a print head (not shown). In this example,
Since the image is written while the paper 19 is moving very accurately (movement in the sub-scanning direction when writing the image), high-quality printing is possible.

第11図の実施例では、ファクシミリを例にとり、画像
の書込み(プリント)装置に本速度計を用いた場合を示
したが、逆に画像の読取装置に本速度計を用いることも
できる。
In the embodiment shown in FIG. 11, a facsimile machine is used as an example, and the present speedometer is used as an image writing (printing) device, but conversely, the present speedometer can also be used as an image reading device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、レーザー光の波
長変動が生じても正確な速度の検出ができ、しかも速度
計のより一層のコンパクト化が可能になる。更に、レー
サー光の波長変動による2つの回折光による光スポット
のずれも小さくなり、安定した検出信号が得られるとい
った効果がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately detect the speed even if the wavelength of the laser beam varies, and furthermore, it is possible to further downsize the speedometer. Furthermore, the deviation of the light spot due to the two diffracted lights due to the wavelength fluctuation of the laser light is also reduced, and there is an effect that a stable detection signal can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はレーザードツプラー速度計の従来例を示す図。 第2図はレーサーダイオードの発振周波数の温度依存性
を示すグラフ図。 第3図は口折格子の説明図。 第4図は、回折格子を用いたレーザードツプラー速度計
の説明図。 第5図は、回折格子を用いたレーザードツプラー速度計
の具体的な構成図。 第6図は、2つのスポットのずれの説明図。 第7図は、本発明の第1実施例を示す概略図。 第8図は、回折格子へのレーサー光の斜め入射に関する
説明図。 第9図は、本発明の第2の実施例を示す概略図。 第10図は、本発明の第3の実施例を示す概略図。 第11図は、本発明の速度計をファクシミリの紙送り制
御に使用した例を示す概略図。 1・・・レーサーダイオード 2・・・コリメーターレンズ 3・・・平行レーザー光束 4・・・ヒームスプリッター 61.62・・・回折光 6.6′・・・ミラー 7・・・被検物体 8・・・集光レンズ 9・・・光検出器 9a・・・受光部 10・・・回折格子 11・・・反射点 12・・・両面ミラー 13・・・レーザードツプラー速度計 虎禅譲号のケース赫叡1」1生 サース耕Tc(”c) 第5図 (A) CB) 毛6図 υ (A’) (A)
FIG. 1 is a diagram showing a conventional example of a laser Doppler velocimeter. FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of the oscillation frequency of a racer diode. FIG. 3 is an explanatory diagram of the opening grating. FIG. 4 is an explanatory diagram of a laser Doppler velocimeter using a diffraction grating. FIG. 5 is a specific configuration diagram of a laser Doppler velocimeter using a diffraction grating. FIG. 6 is an explanatory diagram of the deviation between two spots. FIG. 7 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram regarding oblique incidence of laser light onto a diffraction grating. FIG. 9 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram showing an example in which the speedometer of the present invention is used to control facsimile paper feeding. 1...Racer diode 2...Collimator lens 3...Parallel laser beam 4...Heam splitter 61.62...Diffracted light 6.6'...Mirror 7...Test object 8...Condensing lens 9...Photodetector 9a...Light receiving section 10...Diffraction grating 11...Reflection point 12...Double-sided mirror 13...Laser Doppler speed meter Torazen transfer number The case of 赫叡1'1生 さすこ Tc(''c) Fig. 5 (A) CB) Mao 6 Fig. υ (A') (A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)レーザー光を所定の入射角で移動物体若しくは移
動流体に入射させ、該移動物体若しくは移動流体からの
散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体若しくは移
動流体の速度変化を検出する速度計において、レーザー
から射出したレーザー光を反射回折せしめて第1と第2
の回折光を形成する回折格子と、該第1と第2の回折光
を該第1と第2の回折光が回折格子から射出した時の互
いに成す角とほぼ同じ交差角で該移動物体若しくは移動
流体に入射せしめる光学系と、該光学系により該第1と
第2の回折光で照明された該移動物体若しくは移動流体
からの反射散乱光を受光する受光手段とを有し、該レー
ザーと該受光手段の少なくとも一方を、該第1と第2の
回折光の各々の光路を含む入射平面から外れた場所に設
けることを特徴とするレーザードップラー速度計。 (2)前記光学系が、前記第1と第2の回折光を各回折
光の前記回折格子による回折角とほぼ同じ角度で前記移
動物体若しくは移動流体に入射せしめることを特徴とす
る特許請求の範囲第(1)項記載のレーザードップラー
速度計。 (3)前期レーザーが半導体レーザーから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第(2)項記載のレーザードッ
プラー速度計。 (4)前記受光手段が前記移動物体若しくは移動流体か
らの反射散乱光を受光するよう設けられていることを特
徴とする特許請求の範囲第 (3)項記載のレーザードップラー速度計。 (5)前記第1と第2の回折光が、前記回折格子で前記
レーザー光が反射回折して生じる±n次(n=1、2、
3、・・・)の回折光より成ることを特徴とする特許請
求の範囲第(4)項記載のレーザードップラー速度計。
[Scope of Claims] (1) A laser beam is made incident on a moving object or moving fluid at a predetermined angle of incidence, and the moving object or moving fluid is detected based on the frequency shift of scattered light from the moving object or moving fluid. In a speedometer that detects changes in speed, the laser beam emitted from the laser is reflected and diffracted to
a diffraction grating that forms a diffracted light beam, and a diffraction grating that intersects the first and second diffracted beams at an intersection angle that is approximately the same as the angle that the first and second diffracted beams make with each other when they are emitted from the diffraction grating. The laser includes an optical system that makes the light enter the moving fluid, and a light receiving means that receives reflected and scattered light from the moving object or the moving fluid illuminated by the first and second diffracted lights by the optical system, A laser Doppler velocimeter characterized in that at least one of the light receiving means is provided at a location away from an incident plane that includes each optical path of the first and second diffracted lights. (2) The optical system causes the first and second diffracted lights to enter the moving object or the moving fluid at substantially the same angle as the diffraction angle of each diffracted light by the diffraction grating. A laser Doppler velocimeter according to scope (1). (3) The laser Doppler velocimeter according to claim (2), wherein the first laser is a semiconductor laser. (4) The laser Doppler velocimeter according to claim (3), wherein the light receiving means is provided to receive reflected and scattered light from the moving object or moving fluid. (5) The first and second diffracted lights are of ±nth order (n=1, 2,
The laser Doppler velocimeter according to claim (4), characterized in that the laser Doppler velocimeter is composed of diffracted light of (3, . . . ).
JP2023786A 1989-03-31 1990-02-02 Laser doppler speedometer Expired - Fee Related JP2911516B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023786A JP2911516B2 (en) 1990-02-02 1990-02-02 Laser doppler speedometer
DE1990631577 DE69031577T2 (en) 1989-03-31 1990-03-30 Doppler speedometer
EP19900106169 EP0391278B1 (en) 1989-03-31 1990-03-30 Doppler velocity meter
US07/839,708 US5216478A (en) 1989-03-31 1992-02-24 Doppler velocity meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023786A JP2911516B2 (en) 1990-02-02 1990-02-02 Laser doppler speedometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03229155A true JPH03229155A (en) 1991-10-11
JP2911516B2 JP2911516B2 (en) 1999-06-23

Family

ID=12120010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023786A Expired - Fee Related JP2911516B2 (en) 1989-03-31 1990-02-02 Laser doppler speedometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2911516B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0768542A1 (en) * 1995-10-13 1997-04-16 Kabushiki Kaisha Topcon Optical distance measuring apparatus
JP2005061928A (en) * 2003-08-08 2005-03-10 Sharp Corp Speedometer, displacement gauge, vibrometer, and electronic device
JP2005098730A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Sharp Corp Velocimeter, displacement meter, vibrometer and electronic device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3082533B2 (en) 1993-08-23 2000-08-28 キヤノン株式会社 Laser doppler speedometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0768542A1 (en) * 1995-10-13 1997-04-16 Kabushiki Kaisha Topcon Optical distance measuring apparatus
JP2005061928A (en) * 2003-08-08 2005-03-10 Sharp Corp Speedometer, displacement gauge, vibrometer, and electronic device
JP2005098730A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Sharp Corp Velocimeter, displacement meter, vibrometer and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2911516B2 (en) 1999-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2962819B2 (en) Displacement measuring device
JP2899165B2 (en) Doppler speedometer and displacement information detector
US5216478A (en) Doppler velocity meter
JP2801360B2 (en) Doppler speedometer
JP3082533B2 (en) Laser doppler speedometer
JP3548275B2 (en) Displacement information measuring device
JPH02262064A (en) Laser doppler speedometer
JPH03229155A (en) Laser doppler speed indicator
JP2924301B2 (en) Speedometer
JP3044865B2 (en) Displacement information detection device and speedometer
EP0391278A2 (en) Doppler velocity meter
JP2990891B2 (en) Displacement information detection device and speedometer
JP2911523B2 (en) Laser doppler speedometer
JPH0425791A (en) Doppler speed indicator
JPH03235060A (en) Laser doppler speedometer
JP4093947B2 (en) Speedometer, displacement meter, vibrometer and electronic equipment
JP2603338B2 (en) Displacement measuring device
US5256885A (en) Doppler velocimeter having a diffraction grating and dual lens groups with identical focal distances
JPH03238354A (en) Laser doppler speedometer
JPH07229913A (en) Speedometer
JP2940072B2 (en) Doppler speedometer
EP0458274B1 (en) Apparatus and method for detecting an information of the displacement of an object.
JP3397429B2 (en) Speedometer and displacement information measuring device
JPH0427870A (en) Encoder
JPH0425787A (en) Doppler speed indicator

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090409

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees