JPH0518982A - 変位情報検出装置及び速度計 - Google Patents
変位情報検出装置及び速度計Info
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- JPH0518982A JPH0518982A JP25578491A JP25578491A JPH0518982A JP H0518982 A JPH0518982 A JP H0518982A JP 25578491 A JP25578491 A JP 25578491A JP 25578491 A JP25578491 A JP 25578491A JP H0518982 A JPH0518982 A JP H0518982A
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- diffraction grating
- incident
- diffracted
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長によらず速度に対応したドップラー信号
が得られ、高精度の速度信号が得られる変位情報検出装
置及び速度計を得ること。 【構成】 波長λの光を発生する照明手段と、導波部を
有し照明手段からの光を導波部内に入射させて物体上に
導く光学手段と、照明手段からの光を回折するため導波
部に一体的に設けられた回折格子と、回折格子からの回
折光を物体上に入射させるため導波部に一体的に設けら
れた光学素子と、物体の変位に関する情報を検出すべく
光学手段が光を入射させた物体からの光を検出する光検
出手段を有し、光学素子は所定方向と回折光路とを含む
面内にて所定方向に垂直な方向と回折光とが成す角が角
度θとなるように回折光を物体上に入射させ、回折格子
と光学素子は照明手段からの光の波長λの変化に左右さ
れずｓｉｎθ／λが実質的に一定になるように配置され
ていること。
が得られ、高精度の速度信号が得られる変位情報検出装
置及び速度計を得ること。 【構成】 波長λの光を発生する照明手段と、導波部を
有し照明手段からの光を導波部内に入射させて物体上に
導く光学手段と、照明手段からの光を回折するため導波
部に一体的に設けられた回折格子と、回折格子からの回
折光を物体上に入射させるため導波部に一体的に設けら
れた光学素子と、物体の変位に関する情報を検出すべく
光学手段が光を入射させた物体からの光を検出する光検
出手段を有し、光学素子は所定方向と回折光路とを含む
面内にて所定方向に垂直な方向と回折光とが成す角が角
度θとなるように回折光を物体上に入射させ、回折格子
と光学素子は照明手段からの光の波長λの変化に左右さ
れずｓｉｎθ／λが実質的に一定になるように配置され
ていること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報検出装置及び速
度計に関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動
物体」と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体
の移動速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の
周波数の偏移を検出することにより移動物体の移動速度
を非接触で測定するようにしたドップラー速度計に特に
良好に適用することができるものである。
度計に関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動
物体」と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体
の移動速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の
周波数の偏移を検出することにより移動物体の移動速度
を非接触で測定するようにしたドップラー速度計に特に
良好に適用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より移動物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、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体の移動速度に比例して偏移（シフ
ト）する効果（ドップラー効果）を利用して、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体の移動速度に比例して偏移（シフ
ト）する効果（ドップラー効果）を利用して、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
【０００３】図２は従来のレーザードップラー速度計の
一例を示す説明図である。
一例を示す説明図である。
【０００４】同図においてレーザー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、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出さ
れる。このとき二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のドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
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、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出さ
れる。このとき二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のドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
【０００５】
Δｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥‥（１）
＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、
互いに干渉しあって光検出器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。
互いに干渉しあって光検出器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。
【０００６】
Ｆ＝２・Δｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥‥（２）
（２）式から、光検出器９の周波数Ｆ（以下「ドップラ
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
【０００７】従来のレーザードップラー速度計では、
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザーが良く使用さ
れるが、レーザー発振器が大きくまた電源に高圧が必要
で、装置が大きく高価になる傾向があった。
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザーが良く使用さ
れるが、レーザー発振器が大きくまた電源に高圧が必要
で、装置が大きく高価になる傾向があった。
【０００８】又、コンパクトディスク、ビデオディス
ク、光ファイバー通信等に使用されているレーザーダイ
オード（または半導体レーザー）は超小型で駆動も容易
であるが温度依存性を有するという問題点があった。
ク、光ファイバー通信等に使用されているレーザーダイ
オード（または半導体レーザー）は超小型で駆動も容易
であるが温度依存性を有するという問題点があった。
【０００９】図３（’８７三菱半導体データブック；光
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、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るもので、０．０５〜０．０
６ｎｍ／℃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０．２〜０．３ｎｍ
／℃である。
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、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るもので、０．０５〜０．０
６ｎｍ／℃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０．２〜０．３ｎｍ
／℃である。
【００１０】波長を安定させるために一般にはレーザー
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒータ、放熱器、温度センサー等の温度制御部
材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け精密に
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
きない。
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒータ、放熱器、温度センサー等の温度制御部
材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け精密に
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
きない。
【００１１】上述の問題を解決するレーザードップラー
速度計として、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１，２，‥）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶと呼ぶ）が提案されている。
速度計として、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１，２，‥）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶと呼ぶ）が提案されている。
【００１２】図４は格子ピッチｄなる透過型の回折格子
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
【００１３】ｓｉｎθ0 ＝ｍλ／ｄ
ここでｍは回折次数（０，１，２，‥）、λはレーザー
光の波長である。このうち０次以外の±ｎ次光は次式で
表わされる。
光の波長である。このうち０次以外の±ｎ次光は次式で
表わされる。
【００１４】
ｓｉｎθ0 ＝±ｎλ／ｄ ‥‥（３）
（ｎは１，２，‥） 図５はこのときの±ｎ次回折光をミラー６ａ，６ｂによ
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射した特願平１−８３２０８号で提案して
いるドップラー速度計の説明図である。光検出器９のド
ップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉに依存しなく、回折格子１０
の格子ピッチｄに反比例し、移動物体７の移動速度に比
例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップ
ラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例した周
波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子につ
いても全く同様である。
（ｎは１，２，‥） 図５はこのときの±ｎ次回折光をミラー６ａ，６ｂによ
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射した特願平１−８３２０８号で提案して
いるドップラー速度計の説明図である。光検出器９のド
ップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉに依存しなく、回折格子１０
の格子ピッチｄに反比例し、移動物体７の移動速度に比
例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップ
ラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例した周
波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子につ
いても全く同様である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の速度計
を改良し、波長によらず速度に対応したドップラー信号
が正確に得られ、しかも回折格子と他の光学要素の配置
関係が経時的に変化したり、環境変動等によって変化し
にくくし、常に高精度に移動物体の変位情報を検出する
ことができる変位情報検出装置及び速度計の提供を目的
とする。
を改良し、波長によらず速度に対応したドップラー信号
が正確に得られ、しかも回折格子と他の光学要素の配置
関係が経時的に変化したり、環境変動等によって変化し
にくくし、常に高精度に移動物体の変位情報を検出する
ことができる変位情報検出装置及び速度計の提供を目的
とする。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】本発明の変位情報検出
装置は、所定方向に沿った物体の変位に関する情報を検
出する装置で、波長λの光を発生する照明手段と、導波
部を有し前記照明手段からの光を該導波部内に入射させ
て前記物体上に導く光学手段と、前記照明手段からの光
を回折するため前記導波部に一体的に設けられた回折格
子と、該回折格子からの回折光を物体上に入射させるた
め前記導波部に一体的に設けられた光学素子と、前記物
体の変位に関する情報を検出すべく前記光学手段が光を
入射させた物体からの光を検出する光検出手段を有し、
前記光学素子は前記所定方向と回折光路とを含む面内に
て前記所定方向に垂直な方向と前記回折光とが成す角が
角度θとなるように回折光を物体上に入射させ、前記回
折格子と光学素子は前記照明光からの光の波長λの変化
に左右されずｓｉｎθ／λが実質的に一定になるように
配置されていることを特徴としている。
装置は、所定方向に沿った物体の変位に関する情報を検
出する装置で、波長λの光を発生する照明手段と、導波
部を有し前記照明手段からの光を該導波部内に入射させ
て前記物体上に導く光学手段と、前記照明手段からの光
を回折するため前記導波部に一体的に設けられた回折格
子と、該回折格子からの回折光を物体上に入射させるた
め前記導波部に一体的に設けられた光学素子と、前記物
体の変位に関する情報を検出すべく前記光学手段が光を
入射させた物体からの光を検出する光検出手段を有し、
前記光学素子は前記所定方向と回折光路とを含む面内に
て前記所定方向に垂直な方向と前記回折光とが成す角が
角度θとなるように回折光を物体上に入射させ、前記回
折格子と光学素子は前記照明光からの光の波長λの変化
に左右されずｓｉｎθ／λが実質的に一定になるように
配置されていることを特徴としている。
【００１７】又本発明の速度計としては、
（イ）物体の速度を検出するための速度計で、波長λの
光を発生する照明手段と該照明手段からの光を内部に入
射させて前記物体上まで導く光透過性ブロックと、前記
照明手段からの光を回折して２つの回折光を発生させる
ため前記光透過性ブロックに一体的に設けられている回
折格子と、該回折格子からの２つの回折光をそれぞれ所
定の入射角で物体上に入射させるため前記光透過性ブロ
ックに一体的に設けられている光学素子と、前記物体の
速度を検出すべく前記光透過性ブロックが光を入射させ
た物体からの光を検出するフォトセンサーとを有し、前
記回折格子と光学素子は前記２つの回折光の物体上での
交差角が前記照明手段からの光の波長λの変化に左右さ
れず前記２つの回折光が大気中において前記回折格子よ
り出射した直後に成すべき角に実質的に一致するように
配置されていること。
光を発生する照明手段と該照明手段からの光を内部に入
射させて前記物体上まで導く光透過性ブロックと、前記
照明手段からの光を回折して２つの回折光を発生させる
ため前記光透過性ブロックに一体的に設けられている回
折格子と、該回折格子からの２つの回折光をそれぞれ所
定の入射角で物体上に入射させるため前記光透過性ブロ
ックに一体的に設けられている光学素子と、前記物体の
速度を検出すべく前記光透過性ブロックが光を入射させ
た物体からの光を検出するフォトセンサーとを有し、前
記回折格子と光学素子は前記２つの回折光の物体上での
交差角が前記照明手段からの光の波長λの変化に左右さ
れず前記２つの回折光が大気中において前記回折格子よ
り出射した直後に成すべき角に実質的に一致するように
配置されていること。
【００１８】（ロ）物体の速度を検出するための速度計
で、波長λの光を発生する照明手段と、該照明手段から
の光を内部に入射させて前記物体上まで導く該光透過性
ブロックと、前記照明手段からの光を回折して２つの回
折光を発生させるため前記光透過性ブロックに一体的に
設けられている回折格子と、該回折格子からの２つの回
折光をそれぞれ所定の入射角で物体上に入射させるため
前記光透過性ブロックに一体的に設けられている複数の
反射面と、前記物体の変位に関する情報を検出するべく
前記光透過性ブロックが光を入射させた物体からの光を
検出するフォトセンサーとを有し、前記複数の反射面は
前記２つの回折光それぞれが前記光透過性ブロック内で
複数回反射された後物体上に入射するように配置され、
前記回折格子と複数の反射面は前記照明手段からの光の
波長λの変化による前記周波数信号の誤差成分の発生を
防止する方向に前記入射角を変化させるべく配置されて
いること。
で、波長λの光を発生する照明手段と、該照明手段から
の光を内部に入射させて前記物体上まで導く該光透過性
ブロックと、前記照明手段からの光を回折して２つの回
折光を発生させるため前記光透過性ブロックに一体的に
設けられている回折格子と、該回折格子からの２つの回
折光をそれぞれ所定の入射角で物体上に入射させるため
前記光透過性ブロックに一体的に設けられている複数の
反射面と、前記物体の変位に関する情報を検出するべく
前記光透過性ブロックが光を入射させた物体からの光を
検出するフォトセンサーとを有し、前記複数の反射面は
前記２つの回折光それぞれが前記光透過性ブロック内で
複数回反射された後物体上に入射するように配置され、
前記回折格子と複数の反射面は前記照明手段からの光の
波長λの変化による前記周波数信号の誤差成分の発生を
防止する方向に前記入射角を変化させるべく配置されて
いること。
【００１９】（ハ）波長λの光束を回折格子に入射さ
せ、該回折格子で回折された所定次数の回折光束を所定
の入射角θで移動物体に入射させ、該移動物体からの散
乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体の速度情報を
検出する速度計において、該回折光束の波長λの変化に
応じて該入射角θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定と
なるように該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物
体に入射させると共に、該回折格子と該光束伝達手段と
を一体的に構成したこと。
せ、該回折格子で回折された所定次数の回折光束を所定
の入射角θで移動物体に入射させ、該移動物体からの散
乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体の速度情報を
検出する速度計において、該回折光束の波長λの変化に
応じて該入射角θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定と
なるように該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物
体に入射させると共に、該回折格子と該光束伝達手段と
を一体的に構成したこと。
【００２０】（ニ）光源からの光束を回折格子に入射さ
せ、該回折格子からの＋ｎ次と−ｎ次（ｎ＝１，２，３
‥）の２つの回折光をその交差角度と同じ角度で互いに
平行配置した２つの反射面を有する光束伝達手段を介し
て移動物体面上に異った方向から該２つの回折光が該移
動物体面近傍で交差するように照射し、該移動物体面か
らのドップラーシフトを受けた２つの散乱光を検出手段
で検出し、該検出手段で得られる信号を利用して該移動
物体の移動速度を検出する際、該回折格子と該光束伝達
手段とを一体的に構成したこと。
せ、該回折格子からの＋ｎ次と−ｎ次（ｎ＝１，２，３
‥）の２つの回折光をその交差角度と同じ角度で互いに
平行配置した２つの反射面を有する光束伝達手段を介し
て移動物体面上に異った方向から該２つの回折光が該移
動物体面近傍で交差するように照射し、該移動物体面か
らのドップラーシフトを受けた２つの散乱光を検出手段
で検出し、該検出手段で得られる信号を利用して該移動
物体の移動速度を検出する際、該回折格子と該光束伝達
手段とを一体的に構成したこと。
【００２１】（ホ）そして（ハ）、（ニ）における前記
光束伝達手段としてはガラスブロックより成り、前記回
折格子は該ガラスブロックの一部に固着されており、該
回折格子からの所定次数の回折光束を該ガラスブロック
内を通過させ、該ガラスブロックの側面の反射面又は該
ガラスブロックの入射面と射出面そして側面の反射面で
反射させた後、射出させ前記移動物体に入射させている
ことを特徴としている。
光束伝達手段としてはガラスブロックより成り、前記回
折格子は該ガラスブロックの一部に固着されており、該
回折格子からの所定次数の回折光束を該ガラスブロック
内を通過させ、該ガラスブロックの側面の反射面又は該
ガラスブロックの入射面と射出面そして側面の反射面で
反射させた後、射出させ前記移動物体に入射させている
ことを特徴としている。
【００２２】
【実施例】図１は本発明の実施例１の光学系の要部概略
図である。同図において１０１はドップラー速度計であ
る。１は光源で例えばレーザーダイオードや半導体レー
ザー等（以下「レーザー」と称する。）より成ってい
る。２はコリメーターレンズであり、レーザー１からの
光束を平行光束３にしている。レーザ１とコリメーター
レンズ２は照明手段の一要素を構成している。１０は回
折格子であり、格子ピッチｄが１．６μｍの透過型の±
１次回折光を回折角θ1 （θ1 ＝２９°空気中）で回折
させるように設定されている。
図である。同図において１０１はドップラー速度計であ
る。１は光源で例えばレーザーダイオードや半導体レー
ザー等（以下「レーザー」と称する。）より成ってい
る。２はコリメーターレンズであり、レーザー１からの
光束を平行光束３にしている。レーザ１とコリメーター
レンズ２は照明手段の一要素を構成している。１０は回
折格子であり、格子ピッチｄが１．６μｍの透過型の±
１次回折光を回折角θ1 （θ1 ＝２９°空気中）で回折
させるように設定されている。
【００２３】１１は光束伝達手段（導波部，光透過性ブ
ロック）であり、角柱のガラスブロック（屈折率１．
５）より成っている。光束伝達手段１１の側面６ａ，６
ｂは全反射又は鏡面反射（反射膜の施されている面）の
反射面（光学素子）となっている。光束伝達手段１１と
反射面６ａ，６ｂは光学手段の一要素を構成している。
ロック）であり、角柱のガラスブロック（屈折率１．
５）より成っている。光束伝達手段１１の側面６ａ，６
ｂは全反射又は鏡面反射（反射膜の施されている面）の
反射面（光学素子）となっている。光束伝達手段１１と
反射面６ａ，６ｂは光学手段の一要素を構成している。
【００２４】回折格子１０は光束伝達手段１１の上面
（入射面）１１ａの一部に固着されている。反射面６
ａ，６ｂは回折格子１０の格子配列方向ｔに対し垂直で
かつ互いに平行になっている。即ち２つの反射面６ａ，
６ｂは互いに平行で対向するように設定されている。
（入射面）１１ａの一部に固着されている。反射面６
ａ，６ｂは回折格子１０の格子配列方向ｔに対し垂直で
かつ互いに平行になっている。即ち２つの反射面６ａ，
６ｂは互いに平行で対向するように設定されている。
【００２５】７は移動物体又は移動流体（以下「移動物
体」と称する。）であり、移動速度Ｖで矢印７ａ方向に
移動している。８は集光レンズであり、移動物体７から
のドップラーシフトを受けた散乱光を検出手段としての
光検出器（フォトセンサー）９の検出面９ａ上に集光し
ている。移動物体７面上と検出面９ａは略共役関係とな
っている。１４は演算手段であり、光検出器９で得られ
るドップラー信号を用いて移動物体７の移動速度Ｖを演
算し求めている。
体」と称する。）であり、移動速度Ｖで矢印７ａ方向に
移動している。８は集光レンズであり、移動物体７から
のドップラーシフトを受けた散乱光を検出手段としての
光検出器（フォトセンサー）９の検出面９ａ上に集光し
ている。移動物体７面上と検出面９ａは略共役関係とな
っている。１４は演算手段であり、光検出器９で得られ
るドップラー信号を用いて移動物体７の移動速度Ｖを演
算し求めている。
【００２６】本実施例ではレーザー１から放射された波
長λが略０．７８μｍのレーザー光はコリメーターレン
ズ２によって直径約２ｍｍの平行光束３となって透過型
の回折格子１０に格子配列方向ｔに垂直に入射する。そ
して回折格子１０によって大気中であれば回折角θ1
（θ1 ＝２９°）で回折されているべき±ｎ次（本実施
例ではｎ＝１）の回折光５ａ，５ｂは光束伝達手段１１
の入射面１１ａから入射する。このとき光束伝達手段１
１内部での回折光５ａ，５ｂの回折角θr は １．５ｓｉｎθr ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（５） となる。本実施例では角度θr は約１９度となってい
る。
長λが略０．７８μｍのレーザー光はコリメーターレン
ズ２によって直径約２ｍｍの平行光束３となって透過型
の回折格子１０に格子配列方向ｔに垂直に入射する。そ
して回折格子１０によって大気中であれば回折角θ1
（θ1 ＝２９°）で回折されているべき±ｎ次（本実施
例ではｎ＝１）の回折光５ａ，５ｂは光束伝達手段１１
の入射面１１ａから入射する。このとき光束伝達手段１
１内部での回折光５ａ，５ｂの回折角θr は １．５ｓｉｎθr ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（５） となる。本実施例では角度θr は約１９度となってい
る。
【００２７】光束伝達手段１１に入射した回折光５ａ，
５ｂは内部を進行し、側面の反射面６ａ，６ｂで各々反
射した後、射出面１１ｂより射出する。そして光束伝達
手段１１から射出した回折光５ａ，５ｂは移動物体７に
各々異った方向から回折角θ1 と同じ角度の入射角θ´
1 （θ´1 ＝２９度）で移動物体７面上で互いに交差す
るように入射している。
５ｂは内部を進行し、側面の反射面６ａ，６ｂで各々反
射した後、射出面１１ｂより射出する。そして光束伝達
手段１１から射出した回折光５ａ，５ｂは移動物体７に
各々異った方向から回折角θ1 と同じ角度の入射角θ´
1 （θ´1 ＝２９度）で移動物体７面上で互いに交差す
るように入射している。
【００２８】即ち、大気中であれば回折格子から出射し
た直後に２つの回折光が成すべき角度と、大気中の物体
上で２つの回折光が成すべき交差角とが一致している。
た直後に２つの回折光が成すべき角度と、大気中の物体
上で２つの回折光が成すべき交差角とが一致している。
【００２９】本実施例ではこのように構成することによ
り波長λの変化に応じて回折格子１０からの±ｎ次の
（回折光の）回折角が変化し、速度測定方向（矢印７ａ
方向）と２つの回折光５ａ，５ｂの光路を含む面内にお
いて回折光５ａ，５ｂが速度測定方向に垂直な方向と成
す角度θ、ここでは移動物体への入射角θが変化し、こ
のときの比ｓｉｎθ／λが略一定となるように回折格子
や光束伝達手段等の各要素を構成している。
り波長λの変化に応じて回折格子１０からの±ｎ次の
（回折光の）回折角が変化し、速度測定方向（矢印７ａ
方向）と２つの回折光５ａ，５ｂの光路を含む面内にお
いて回折光５ａ，５ｂが速度測定方向に垂直な方向と成
す角度θ、ここでは移動物体への入射角θが変化し、こ
のときの比ｓｉｎθ／λが略一定となるように回折格子
や光束伝達手段等の各要素を構成している。
【００３０】言い換えると２つの回折光が大気中で出射
直後に成すべき角度と２つの回折光の移動物体７面上で
の交差角とが波長によらず一定となるように構成してい
る。
直後に成すべき角度と２つの回折光の移動物体７面上で
の交差角とが波長によらず一定となるように構成してい
る。
【００３１】集光レンズ８は移動物体７の移動速度Ｖに
比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９ａ上に
集光している。このときドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干渉す
る。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく光量
を検出する。即ち光検出器９は（４）式においてｎ＝１
とした移動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（６） なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（６）式より求めて
いる。
比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９ａ上に
集光している。このときドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干渉す
る。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく光量
を検出する。即ち光検出器９は（４）式においてｎ＝１
とした移動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（６） なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（６）式より求めて
いる。
【００３２】本実施例では以上のように回折格子１０と
回折格子１０からの所定次数の２つの回折光を移動物体
７に入射させる為の光束伝達手段１１とを一体的に構成
することにより、経時変化が少なく、かつ構成上安定性
が良い状態で移動物体に所定角度（回折角度θ1 と同じ
角度）で２つの回折光５ａ，５ｂを入射させることがで
きるようにしている。
回折格子１０からの所定次数の２つの回折光を移動物体
７に入射させる為の光束伝達手段１１とを一体的に構成
することにより、経時変化が少なく、かつ構成上安定性
が良い状態で移動物体に所定角度（回折角度θ1 と同じ
角度）で２つの回折光５ａ，５ｂを入射させることがで
きるようにしている。
【００３３】即ち、本実施例のドップラー速度計は波長
λの光束を回折格子に入射させ、該回折格子で回折され
た所定次数の回折光束を所定の入射角θで移動物体に入
射させ、該移動物体からの散乱光の周波数の偏移に基づ
いて該移動物体の速度情報を検出するドップラー速度計
において、該回折光束の波長λの変化に応じて該入射角
θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定となるように該回
折光束を光束伝達手段を介して該移動物体に入射させる
と共に、該回折格子と該光束伝達手段とを一体的に構成
したことにより構造上より安定した速度計になってい
る。
λの光束を回折格子に入射させ、該回折格子で回折され
た所定次数の回折光束を所定の入射角θで移動物体に入
射させ、該移動物体からの散乱光の周波数の偏移に基づ
いて該移動物体の速度情報を検出するドップラー速度計
において、該回折光束の波長λの変化に応じて該入射角
θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定となるように該回
折光束を光束伝達手段を介して該移動物体に入射させる
と共に、該回折格子と該光束伝達手段とを一体的に構成
したことにより構造上より安定した速度計になってい
る。
【００３４】又、言い換えると本実施例では光源からの
光束を回折格子に入射させ、該回折格子からの＋ｎ次と
−ｎ次（ｎ＝１，２，３・・）の２つの回折光をその交
差角度と同じ角度で互いに平行配置した２つの反射面を
有する光束伝達手段を介して移動物体面上に異なった方
向から該２つの回折光が該移動物体面近傍で交差するよ
うに照射し、該移動物体面からのドップラーシフトを受
けた２つの散乱光を検出手段で検出し、該検出手段で得
られる信号を利用して該移動物体の移動速度を検出する
際、該回折格子と該光束伝達手段とを一体的に構成した
ことによって前述安定構成を達成している。
光束を回折格子に入射させ、該回折格子からの＋ｎ次と
−ｎ次（ｎ＝１，２，３・・）の２つの回折光をその交
差角度と同じ角度で互いに平行配置した２つの反射面を
有する光束伝達手段を介して移動物体面上に異なった方
向から該２つの回折光が該移動物体面近傍で交差するよ
うに照射し、該移動物体面からのドップラーシフトを受
けた２つの散乱光を検出手段で検出し、該検出手段で得
られる信号を利用して該移動物体の移動速度を検出する
際、該回折格子と該光束伝達手段とを一体的に構成した
ことによって前述安定構成を達成している。
【００３５】そして前記光束伝達手段としてはガラスブ
ロックより成り、前記回折格子は該ガラスブロックの一
部に固着されており、該回折格子からの所定次数の回折
光束を該ガラスブロック内を通過させ、側面の反射面で
反射させた後、射出させ前記移動物体に入射させてい
る。
ロックより成り、前記回折格子は該ガラスブロックの一
部に固着されており、該回折格子からの所定次数の回折
光束を該ガラスブロック内を通過させ、側面の反射面で
反射させた後、射出させ前記移動物体に入射させてい
る。
【００３６】次に本実施例の構成上の特徴を比較例を用
いて説明する。
いて説明する。
【００３７】図５に示すドップラー速度計において
（４）式が成立し、レーザー光Ｉの波長λに依存しない
で移動物体の移動速度を検出する為には反射鏡６ａ，６
ｂが回折格子１０に垂直でかつ互いに平行でなければな
らない。ここで一方の反射鏡６ａが組立誤差や環境変化
等により傾いた場合にドップラー周波数Ｆがどうなるか
を図６を用いて説明する。
（４）式が成立し、レーザー光Ｉの波長λに依存しない
で移動物体の移動速度を検出する為には反射鏡６ａ，６
ｂが回折格子１０に垂直でかつ互いに平行でなければな
らない。ここで一方の反射鏡６ａが組立誤差や環境変化
等により傾いた場合にドップラー周波数Ｆがどうなるか
を図６を用いて説明する。
【００３８】図６において反射鏡６ｂは回折格子１０の
格子配列方向ｔに垂直で、反射鏡６ａが反射鏡６ｂに対
し角度φ傾いているものとする。又光束５ａ，５ｂを±
１次回折光とする。このときレーザー光Ｉは図６に示す
光路をとる。反射鏡６ａ，６ｂが互いに平行である場合
の光束５ａ，５ｂの移動物体７への２等分線と移動物体
７の垂線との成す角度をΔθとすると、ドップラー周波
数Ｆは Ｆ＝２Ｖ・ｃｏｓΔθ・ｓｉｎ（θ−φ）／λ ‥‥‥‥（７） となる。Δθ＝φ、ｄｓｉｎθ＝λであるから
格子配列方向ｔに垂直で、反射鏡６ａが反射鏡６ｂに対
し角度φ傾いているものとする。又光束５ａ，５ｂを±
１次回折光とする。このときレーザー光Ｉは図６に示す
光路をとる。反射鏡６ａ，６ｂが互いに平行である場合
の光束５ａ，５ｂの移動物体７への２等分線と移動物体
７の垂線との成す角度をΔθとすると、ドップラー周波
数Ｆは Ｆ＝２Ｖ・ｃｏｓΔθ・ｓｉｎ（θ−φ）／λ ‥‥‥‥（７） となる。Δθ＝φ、ｄｓｉｎθ＝λであるから
【００３９】
【数１】
となる。つまり反射鏡６ａを傾けるとレーザー光の波長
変動がドップラー周波数に影響を及ぼすようになってく
る。
変動がドップラー周波数に影響を及ぼすようになってく
る。
【００４０】図７は基準波長λとして波長λ＝０．７８
μｍのときドップラー周波数に対しレーザー光の波長が
変化したときの周波数変動率を反射鏡６ａのいくつかの
傾き角φについて示したものである。同図より明らかの
ように反射鏡６ａの傾き角φが大きくなる程、波長変動
による周波数変動率が大きくなることがわかる。このよ
うな反射鏡の傾き誤差は反射鏡を保持する部材が温度変
化等により膨張又は収縮した場合にも同様に生じてく
る。
μｍのときドップラー周波数に対しレーザー光の波長が
変化したときの周波数変動率を反射鏡６ａのいくつかの
傾き角φについて示したものである。同図より明らかの
ように反射鏡６ａの傾き角φが大きくなる程、波長変動
による周波数変動率が大きくなることがわかる。このよ
うな反射鏡の傾き誤差は反射鏡を保持する部材が温度変
化等により膨張又は収縮した場合にも同様に生じてく
る。
【００４１】本実施例においては回折格子と反射面とを
ガラスブロックに一体的に設けることにより、経時変化
や環境変化による相対的配置関係の変動がおきにくくな
るようにしている。
ガラスブロックに一体的に設けることにより、経時変化
や環境変化による相対的配置関係の変動がおきにくくな
るようにしている。
【００４２】即ち、本実施例によれば前述のように回折
格子と回折格子からの所定次数の回折光を移動物体面上
に入射させる２つの反射面を有する光束伝達手段とを一
体的に構成することにより、構成上安定し、又環境変化
に対して信頼性の高い、更に反射鏡を保持する為の接着
やバネ等による押し付け部材を不要とし装置全体の簡素
化を図りつつ移動物体の移動速度を高精度に検出するこ
とのできる速度計を達成することができる。
格子と回折格子からの所定次数の回折光を移動物体面上
に入射させる２つの反射面を有する光束伝達手段とを一
体的に構成することにより、構成上安定し、又環境変化
に対して信頼性の高い、更に反射鏡を保持する為の接着
やバネ等による押し付け部材を不要とし装置全体の簡素
化を図りつつ移動物体の移動速度を高精度に検出するこ
とのできる速度計を達成することができる。
【００４３】尚、本実施例において光束伝達手段１１を
内部に互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の角
柱又は多角柱の筺体より構成し、その上面に回折格子１
０を一体的に構成するようにしても良い。又回折格子と
しては透過型の他に反射型のものであっても同様に適用
することができる。
内部に互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の角
柱又は多角柱の筺体より構成し、その上面に回折格子１
０を一体的に構成するようにしても良い。又回折格子と
しては透過型の他に反射型のものであっても同様に適用
することができる。
【００４４】又、レーザ光３の回折格子１０への入射角
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
【００４５】尚、同じ光源から放射された光束を用いる
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
【００４６】図８（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２の
上面概略図と側面概略図である。図中、図１で示した要
素と同一要素には同符番を付している。１１はガラスブ
ロック（ガラス部材）であり、屈折率１．５の長方形状
より成り、入射面１１Ｐの一部の面１１ｂと射出面１１
Ｑの一部の面１１ａは反射面となっている。
上面概略図と側面概略図である。図中、図１で示した要
素と同一要素には同符番を付している。１１はガラスブ
ロック（ガラス部材）であり、屈折率１．５の長方形状
より成り、入射面１１Ｐの一部の面１１ｂと射出面１１
Ｑの一部の面１１ａは反射面となっている。
【００４７】レーザーダイオード１は波長λが略０．６
７μｍなるレーザ光を発し、コリメーターレンズ２によ
り２ｍｍφの平行光束３となる。透過型の回折格子１０
は格子ピッチｄ＝３．２μｍで±１次の回折光５ａ，５
ｂを効率良く出射する様にしてあり、ガラス部材１１に
固着されている。回折格子１０からの２つの回折光５
ａ，５ｂはガラス部材１１内部へ透過され、回折光５
ａ，５ｂの回折角θr は前述の（５）式 １．５×ｓｉｎθr ＝λ／ｄ を満たし、約８°となる。更に光束５ａ，５ｂはガラス
部材１１の面１１ａと面１１ｂで反射し、側面の面１１
ｃでは内面反射により全反射する。そして今度は射出面
１１Ｑの一部の透過面１１ｄを透過し、被測定物７に次
式で示す入射角θで入射され、約１２°となる。
７μｍなるレーザ光を発し、コリメーターレンズ２によ
り２ｍｍφの平行光束３となる。透過型の回折格子１０
は格子ピッチｄ＝３．２μｍで±１次の回折光５ａ，５
ｂを効率良く出射する様にしてあり、ガラス部材１１に
固着されている。回折格子１０からの２つの回折光５
ａ，５ｂはガラス部材１１内部へ透過され、回折光５
ａ，５ｂの回折角θr は前述の（５）式 １．５×ｓｉｎθr ＝λ／ｄ を満たし、約８°となる。更に光束５ａ，５ｂはガラス
部材１１の面１１ａと面１１ｂで反射し、側面の面１１
ｃでは内面反射により全反射する。そして今度は射出面
１１Ｑの一部の透過面１１ｄを透過し、被測定物７に次
式で示す入射角θで入射され、約１２°となる。
【００４８】
ｓｉｎθ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（９）
被測定物７からのドップラー信号を含んだ散乱光は集光
レンズ８を介し、反射プリズム１２で光路を折り返し
て、光検出器９へと導かれる。この入射角θはレーザー
ダイオード１の波長λが例えば図３に示すように変化す
ると（９）式に基づいて変化するが、ドップラー信号Ｆ
は（４）式より Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（１０） となり、信号としては安定したものが検出できる。
レンズ８を介し、反射プリズム１２で光路を折り返し
て、光検出器９へと導かれる。この入射角θはレーザー
ダイオード１の波長λが例えば図３に示すように変化す
ると（９）式に基づいて変化するが、ドップラー信号Ｆ
は（４）式より Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（１０） となり、信号としては安定したものが検出できる。
【００４９】又、本発明の実施例の構成を取ることによ
り、ガラス部材１１の側面を平行に構成することは生産
工程時に管理すれば容易であり、経時変化に対しても非
常に安定し、構造上安定性は非常に高いものとなる。
り、ガラス部材１１の側面を平行に構成することは生産
工程時に管理すれば容易であり、経時変化に対しても非
常に安定し、構造上安定性は非常に高いものとなる。
【００５０】本実施例では光束がガラスブロック１１内
を複数回折り返して、反射した後に移動物体７に照射さ
れる構成をとっている。この為ガラスブロックを大型化
することなく比較的長い光路を環境変化の影響を受けに
くいガラスブロック内に設けることができる。ガラスブ
ロック１１から測定点、即ち２光束５ａ，５ｂの交差点
までの距離（ワーキングディスタンス）は被測定物７と
速度計との不要な近接による接触、被測定物の移動状態
の速度計が近接していることによる変化などを起こしに
くくする為にも長い方が良い。
を複数回折り返して、反射した後に移動物体７に照射さ
れる構成をとっている。この為ガラスブロックを大型化
することなく比較的長い光路を環境変化の影響を受けに
くいガラスブロック内に設けることができる。ガラスブ
ロック１１から測定点、即ち２光束５ａ，５ｂの交差点
までの距離（ワーキングディスタンス）は被測定物７と
速度計との不要な近接による接触、被測定物の移動状態
の速度計が近接していることによる変化などを起こしに
くくする為にも長い方が良い。
【００５１】このワーキングディスタンスを長くする為
には２光束の交差角を小さくすることが必要である。回
折格子１０からの２つの回折光を２つの平行反射面１１
ｃで反射して物体７上で交差させる構成において、２つ
の光束の交差角を小さくするには回折格子１０の回折角
を小さくすれば良い。しかしこの場合、回折格子７から
反射面までの光路長も大きくしなければならない。ガラ
スブロックを用いる場合は、ガラスブロックはこの大き
くなった光路長分だけ長めの形状に設計しなければなら
ず、小型化が困難になる。
には２光束の交差角を小さくすることが必要である。回
折格子１０からの２つの回折光を２つの平行反射面１１
ｃで反射して物体７上で交差させる構成において、２つ
の光束の交差角を小さくするには回折格子１０の回折角
を小さくすれば良い。しかしこの場合、回折格子７から
反射面までの光路長も大きくしなければならない。ガラ
スブロックを用いる場合は、ガラスブロックはこの大き
くなった光路長分だけ長めの形状に設計しなければなら
ず、小型化が困難になる。
【００５２】本実施例ではこの回折格子から反射面まで
の光路をガラスブロック１１内で折り曲げているので、
ガラスブロック１１を図面左右方向に長くすることな
く、この光路長を大きくすることを可能にしている。こ
れにより装置全体の小型化を図っている。即ち光束伝達
手段内部で複数回光束を反射させることにより装置の小
型化を図ることができる。
の光路をガラスブロック１１内で折り曲げているので、
ガラスブロック１１を図面左右方向に長くすることな
く、この光路長を大きくすることを可能にしている。こ
れにより装置全体の小型化を図っている。即ち光束伝達
手段内部で複数回光束を反射させることにより装置の小
型化を図ることができる。
【００５３】図９（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例３の
上面概略図と側面概略図である。図中、図８（Ａ），
（Ｂ）で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
上面概略図と側面概略図である。図中、図８（Ａ），
（Ｂ）で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
【００５４】本実施例では図８の実施例２に比べてガラ
スブロック１１の形状が異なっており、その他の構成は
略同じである。
スブロック１１の形状が異なっており、その他の構成は
略同じである。
【００５５】本実施例ではガラスブロック１１の射出面
１１Ｑ側が凹部となっている。そして回折格子１０から
の２つの回折光５ａ，５ｂはガラスブロック１１の入射
面１１Ｐから入射し、射出面１１Ｑ側の凹部の反射面１
１ａで反射して戻り、入射面１１Ｐ側の反射面１１ｂで
反射する。そして側面１１ｃで全反射した後、射出面１
１Ｑ側の面１１ｄより射出している。そして移動物体７
に入射させている。移動物体７からの散乱光はガラスブ
ロック１１の凹部に設けた集光レンズ８で集光した後に
光検出器９に入射させている。この他の構成及び効果は
図８の実施例２と同様である。
１１Ｑ側が凹部となっている。そして回折格子１０から
の２つの回折光５ａ，５ｂはガラスブロック１１の入射
面１１Ｐから入射し、射出面１１Ｑ側の凹部の反射面１
１ａで反射して戻り、入射面１１Ｐ側の反射面１１ｂで
反射する。そして側面１１ｃで全反射した後、射出面１
１Ｑ側の面１１ｄより射出している。そして移動物体７
に入射させている。移動物体７からの散乱光はガラスブ
ロック１１の凹部に設けた集光レンズ８で集光した後に
光検出器９に入射させている。この他の構成及び効果は
図８の実施例２と同様である。
【００５６】尚、第２、第３実施例においても以下のよ
うな変形が可能である。即ち光束伝達手段１１を内部に
互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の角柱又は
多角柱の筺体より構成し、その上面に回折格子１０を一
体的に構成するようにしても良い。又回折格子としては
透過型の他に反射型のものであっても同様に適用するこ
とができる。
うな変形が可能である。即ち光束伝達手段１１を内部に
互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の角柱又は
多角柱の筺体より構成し、その上面に回折格子１０を一
体的に構成するようにしても良い。又回折格子としては
透過型の他に反射型のものであっても同様に適用するこ
とができる。
【００５７】又、レーザ光３の回折格子１０への入射角
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
【００５８】尚、同じ光源から放射された光束を用いる
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、波長によらず速度に対応したドップ
ラー信号が正確に得られ、しかも回折格子と他の光学要
素の配置関係が経時的に変化したり、環境変動等によっ
て変化しにくくし、常に高精度に移動物体の変位情報を
検出することができる変位情報検出装置及び速度計を達
成することができる。
定することにより、波長によらず速度に対応したドップ
ラー信号が正確に得られ、しかも回折格子と他の光学要
素の配置関係が経時的に変化したり、環境変動等によっ
て変化しにくくし、常に高精度に移動物体の変位情報を
検出することができる変位情報検出装置及び速度計を達
成することができる。
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 従来のドップラー速度計の概略図
【図３】 レーザーダイオードの発振波長の温度依存性
を示す説明図
を示す説明図
【図４】 回折格子の説明図
【図５】 回折格子を用いたドップラー速度計の説明図
【図６】 図１の反射鏡６ａを傾けたときの要部概略図
【図７】 図６において反射鏡６ａを傾けたときのドッ
プラー周波数の説明図
プラー周波数の説明図
【図８】 本発明の実施例２の要部概略図
【図９】 本発明の実施例３の要部概略図
１ レーザー光源
２ コリメーターレンズ
３ レーザ光
４ ビームスプリッター
５ａ，５ｂ 回折光
６ａ，６ｂ 反射鏡
７ 移動物体
８ 集光レンズ
９ 光検出器
１０ 回折格子
１１ 光束伝達手段（ガラスブロック）
１２ 光検出器
１４ 演算手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 杉山 浩
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 所定方向に沿った物体の変位に関する情
報を検出する装置で、波長λの光を発生する照明手段
と、導波部を有し前記照明手段からの光を該導波部内に
入射させて前記物体上に導く光学手段と、前記照明手段
からの光を回折するため前記導波部に一体的に設けられ
た回折格子と、該回折格子からの回折光を物体上に入射
させるため前記導波部に一体的に設けられた光学素子
と、前記物体の変位に関する情報を検出すべく前記光学
手段が光を入射させた物体からの光を検出する光検出手
段を有し、前記光学素子は前記所定方向と回折光路とを
含む面内にて前記所定方向に垂直な方向と前記回折光と
が成す角が角度θとなるように回折光を物体上に入射さ
せ、前記回折格子と光学素子は前記照明光からの光の波
長λの変化に左右されずｓｉｎθ／λが実質的に一定に
なるように配置されていることを特徴とする変位情報検
出装置。 - 【請求項２】 物体の速度を検出するための速度計で、
波長λの光を発生する照明手段と該照明手段からの光を
内部に入射させて前記物体上まで導く光透過性ブロック
と、前記照明手段からの光を回折して２つの回折光を発
生させるため前記光透過性ブロックに一体的に設けられ
ている回折格子と、該回折格子からの２つの回折光をそ
れぞれ所定の入射角で物体上に入射させるため前記光透
過性ブロックに一体的に設けられている光学素子と、前
記物体の速度を検出すべく前記光透過性ブロックが光を
入射させた物体からの光を検出するフォトセンサーとを
有し、前記回折格子と光学素子は前記２つの回折光の物
体上での交差角が前記照明手段からの光の波長λの変化
に左右されず前記２つの回折光が大気中において前記回
折格子より出射した直後に成すべき角に実質的に一致す
るように配置されていることを特徴とする速度計。 - 【請求項３】 物体の速度を検出するための速度計で、
波長λの光を発生する照明手段と、該照明手段からの光
を内部に入射させて前記物体上まで導く該光透過性ブロ
ックと、前記照明手段からの光を回折して２つの回折光
を発生させるため前記光透過性ブロックに一体的に設け
られている回折格子と、該回折格子からの２つの回折光
をそれぞれ所定の入射角で物体上に入射させるため前記
光透過性ブロックに一体的に設けられている複数の反射
面と、前記物体の変位に関する情報を検出するべく前記
光透過性ブロックが光を入射させた物体からの光を検出
するフォトセンサーとを有し、前記複数の反射面は前記
２つの回折光それぞれが前記光透過性ブロック内で複数
回反射された後物体上に入射するように配置され、前記
回折格子と複数の反射面は前記照明手段からの光の波長
λの変化による前記周波数信号の誤差成分の発生を防止
する方向に前記入射角を変化させるべく配置されている
ことを特徴とする速度計。 - 【請求項４】 波長λの光束を回折格子に入射させ、該
回折格子で回折された所定次数の回折光束を所定の入射
角θで移動物体に入射させ、該移動物体からの散乱光の
周波数の偏移に基づいて該移動物体の速度情報を検出す
る速度計において、該回折光束の波長λの変化に応じて
該入射角θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定となるよ
うに該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物体に入
射させると共に、該回折格子と該光束伝達手段とを一体
的に構成したことを特徴とする速度計。 - 【請求項５】 前記光束伝達手段はガラスブロックより
成り、前記回折格子は該ガラスブロックの一部に固着さ
れており、該回折格子からの所定次数の回折光束を該ガ
ラスブロック内を通過させ、側面の反射面で反射させた
後、射出させ前記移動物体に入射させていることを特徴
とする請求項４の速度計。 - 【請求項６】 光源からの光束を回折格子に入射させ、
該回折格子からの＋ｎ次と−ｎ次（ｎ＝１，２，３‥）
の２つの回折光をその交差角度と同じ角度で互いに平行
配置した２つの反射面を有する光束伝達手段を介して移
動物体面上に異った方向から該２つの回折光が該移動物
体面近傍で交差するように照射し、該移動物体面からの
ドップラーシフトを受けた２つの散乱光を検出手段で検
出し、該検出手段で得られる信号を利用して該移動物体
の移動速度を検出する際、該回折格子と該光束伝達手段
とを一体的に構成したことを特徴とする速度計。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07297498A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-11-10 | Seiko Epson Corp | 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置 |
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-
1991
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- 1991-09-19 EP EP19910115995 patent/EP0476677B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07297498A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-11-10 | Seiko Epson Corp | 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置 |
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| DE69125079D1 (de) | 1997-04-17 |
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