JPH0651063A - ドップラ効果を利用した測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバに外部振動が与えられても正確に
測定できるドップラ効果を利用した測定器を提供する。 【構成】 レーザ光源と干渉検出手段の間に定偏波型の
光ファイバを配設するとともに光ファイバとレーザ光源
の間に偏光面を調整する調整手段を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドップラ効果を利用した
測定器に関し、特に光ファイバ等の光伝達媒体を使用し
たものに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来技術を説明する図で、ドップ
ラ効果を利用した測定器の構成を示すブロック図であ
る。以下、この図を参照して従来技術を説明する。

【０００３】まず、ドップラ効果を利用した測定器の構
成と動作について説明する。例示した装置は、レーザ光
源１１とドライバ１２と周波数／電圧変換器（以下Ｆ／
Ｖ変換器という）１３と上記レーザ光源用の電源１４と
からなる本体機構部１と、第１および第２の偏光ビーム
スプリッタ（以下ＰＢＳという）２１ａおよび２１ｂと
音響光学素子（以下ＡＯＭという）２２と光／電気信号
変換器（以下Ｏ／Ｅ変換器という）２３とビームスプリ
ッタ（以下ＢＳという）２４と反射ミラーＭとからなる
干渉機構部２と、第１の波長板３１と第１のレンズ系Ｌ
１からなる集光部３と、上記干渉機構部２と集光部３と
を光学的に接続し、かつ、その両端部に第２のレンズ系
Ｌ２と第３のレンズ系Ｌ３とが配された光ファイバ４’
とを備えている。

【０００４】レーザ光源１１から出射されたレーザ光
は、第１のＰＢＳ２１ａにて測定用のレーザ光（以下測
定光という）と比較参照用のレーザ光に分光される。上
記比較参照用のレーザ光は、まずＡＯＭ２２に入射され
る。ここで、このレーザ光の周波数は所定量シフトさ
れ、所望の周波数に調整される。この所定量は上記ドラ
イバ１２からの励起信号に基づいて定められるものであ
る。その後、レーザ光はＢＳ２４を介してＯ／Ｅ変換器
２３に入射され、基準となる参照光として使用に供され
る。また上記測定光は、第２のＰＢＳ２１ｂ、第３のレ
ンズ系Ｌ３、光ファイバ４、第２のレンズ系Ｌ２、第１
の波長板３１および第１のレンズ系Ｌ１を順次介して被
測定物５に照射される。被測定物５に照射された測定光
は、被測定物の移動速度に応じた影響（ドップラ効果）
が加えられ、この影響に応じた分だけ測定光の周波数を
シフトした状態で反射する。この反射したレーザ光（以
下反射光という）は、第１のレンズ系Ｌ１、第１の波長
板３１、第２のレンズ系Ｌ２、光ファイバ４、第３のレ
ンズ系Ｌ３、第２のＰＢＳ２１ｂ、反射ミラーＭおよび
ＢＳ２４を順次介してＯ／Ｅ変換器２３に入射される。

【０００５】Ｏ／Ｅ変換器２３では、これら入射された
２つの光を電気信号に変換する。ここで電気信号に変換
されるものは、２つのレーザ光のビート（うねり）成分
である。すなわち、これら２つの参照光と反射光との間
の周波数差がビート周波数として検出され変換される。

【０００６】今、被測定物５が静止した状態にあるなら
ば、反射光と測定光における周波数の差異は上述したＡ
ＯＭ２２での周波数のシフト量となる。従って、このシ
フト量に応じたビート成分が変換される。一方、被測定
物５が移動している状態ならば、反射光と測定光との差
異はこのシフト量に加えてドップラ効果によるシフト量
が加味されるので、これら両者が加えられた信号のビー
ト成分が変換される。この変換された電気信号をＦ／Ｖ
変換器１３にて周波数／電圧変換し、この電圧を検出す
ることにより被測定物４の移動速度、さらには振動周波
数を測定することができる。

【０００７】この構成においては、操作性の向上を図る
ために集光部３を別体に設けて小型化することが試みら
れている。このため、第２のＰＢＳ２１ｂと第１の波長
板３１との間に、その両端部にレンズ系Ｌ２およびＬ３
を備える光伝達媒体としての光ファイバ４’を配し、光
学的に接続している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この光
ファイバ４’に外部振動が与えられた場合には、光ファ
イバ４’内部でレーザ光の周波数および強度が変化して
しまうので、反射光および測定光にこの外部振動が作用
し、正確な測定ができないといった問題点があった。本
発明は、この点に着目してなされたものであり、その目
的とするところは、光ファイバ４’に外部振動が加えら
れた場合においても正確な測定ができるドップラ効果を
利用した測定器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のドッ
プラ効果を利用した測定器は、所定の方向に運動する物
体（測定対象）の当該運動方向と交わる方向の振動、速
度等の物理量を測定するため、レーザ光を上記物体に照
射し、当該物体からのドップラ効果が加えられた反射レ
ーザ光を測定して上記物体の振動、速度等の物理量を測
定するドップラ効果を利用した測定器において、レーザ
光を発生する手段、レーザ光を参照光と測定光とに分岐
し測定光を上記物体に照射するとともに当該物体からの
反射光を取込み、これら参照光と反射光とを干渉させて
反射光の周波数シフト量を検出する干渉検出手段とを少
なくとも有してなり、これら両手段を、光の偏光状態を
保持したままに伝達する光伝達媒体で接続し、かつ、こ
のレーザ発生手段と光伝達媒体との間に偏光面を調整す
る調整手段を備えたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】光伝達媒体がレーザ光源と干渉検出手段との間
に配設されているため、光伝達媒体に与えられた振動に
よる周波数変動は、参照光と測定光（反射光）の双方に
同様に加わり相殺される。さらに、調整手段によって偏
光面が調整されたレーザ光が光伝達媒体に入射されるの
で入射光の偏光状態を保持したままに伝達され、光伝達
媒体の振動によるレーザ光の強度変化が減少する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例を示すブロック図で、
先に示した図５と同一部には同一符号を以て示してあ
る。図中、４は定偏波型の光ファイバ（以下、単に光フ
ァイバ４という）、１５は調整手段、Ｌ２およびＬ３は
それぞれ第２のレンズと第３のレンズである。図２は上
記調整手段１５の構成を説明する分解斜視図である。図
中、４３はコネクタ、４４はレンズホルダ、４５は第１
の支持リング、１５１は第２の波長板、１５２は波長板
ホルダ、１５３は第２の支持リング、１５４は基板、１
５５は第１の固定ネジ（波長板用）、１５６は第２の固
定ネジ（波長板ホルダ用）である。図３は上記光ファイ
バ４の構成を示す図で、４１はコア、４２は応力材であ
る。図４はこの装置に用いられるレーザ光の特性を示す
図である。以下、これらの図を参照して本発明を説明す
る。

【００１２】まず、図１を参照する。光ファイバ４と第
２および第３のレンズ系Ｌ２およびＬ３は本体機構部１
と干渉機構部２との間、より詳しくはレーザ光源１１と
第１のＰＢＳ２１ａの間に配されている。また、第２の
レンズＬ２はＰＢＳ側に、第３のレンズ系Ｌ３はレーザ
光源側に配置され、レーザ光を集光してレーザ光が効率
良く光ファイバ４に入出射するような構成となってい
る。この構成によれば、光ファイバ４の振動によって入
射レーザ光の周波数が変動した場合に、この変動は参照
光と測定光の双方に等しく作用し、変動分は相殺され
る。従って、測定には何等影響を与えなくなる。

【００１３】また、調整手段１５は上記レーザ光源１１
と上記第３のレンズ系Ｌ３との間に配置され、入射レー
ザ光の偏光面と光ファイバの偏光面をあわせるようにな
っている。この実施例装置において、レーザ光源１１か
ら発せられるレーザ光は直線偏光を有する光であり、ま
た光ファイバ４は定偏波型の光ファイバが用いられてい
る。

【００１４】ここで、直線偏光を有する光とは、図４
（Ａ）、（Ｂ）に示す光であり、互いに直交するととも
に位相が一致した２つの正弦波ＰｘおよびＰｙとから合
成される波を有した光（図中Ｐで示す）のことである。

【００１５】一方、定偏波型の光ファイバとは、入射光
の偏光状態を保持したままに伝達する光ファイバのこと
であり、図４に示す様にコア材４１の両脇に応力材４２
が配された構成を有するものである。この光ファイバ４
は偏光面を有している。この偏光面とは、光ファイバ４
の振動時においても上述した直線偏光を有する光の偏光
状態を保持し伝達する面のことをいう。具体的には、図
３中α，βで示す面、すなわち応力材４２の配列方向に
水平で、かつコア４１の中心を通る面（α）と、応力材
４２の配列方向に垂直で、かつコア４１の中心を通る面
（β）のことである。

【００１６】従って、この光ファイバ４の偏光面に上記
直線偏光を有するレーザ光の偏光面をあわせて入射する
と、光ファイバが振動した場合においても入射レーザ光
の偏光状態をそのままに伝達できるので正確な測定が可
能となる。仮に両者の偏光面がずれて入射された場合に
は、このＰＢＳ２ａにおける参照用のレーザ光と測定光
との分光比が変化して光ファイバが静止したときと振動
しているときに検出感度に変化が生じ、その結果、Ｓ／
Ｎ比が悪くなり正確な測定ができなくなる。この分光比
とは、要するに両者の光強度の比のことである。

【００１７】次いで図２を参照して調整手段１５につい
て説明する。第２の波長板１５１にはλ／２波長板が用
いられている。このλ／２波長板は直線偏光した光の偏
光面を回転可能とするものであり、図５（Ｂ）に示す、
Ｘ軸を基準の偏光面とした場合の相対的な角度θを自由
に変えられるものである。この第２の波長板１５１は、
波長板ホルダ１５２に対して第１の固定ネジ１５５によ
り固定される。この方法の利点は、波長板１５１の微妙
な位置決め調整ができる点、波長板１５１の交換が容易
という点にある。

【００１８】さらに波長板ホルダ１５２は、第２の支持
リング１５３にその端部が回動自在に挿入され、かつ支
持リング１５３に設けられた第２の固定ネジ１５６によ
りその回動が固定される。また、この第２の支持リング
１５３は基板１５４の一面側にネジ止めされる。従っ
て、波長板１５１は波長板ホルダ１５２に保持され、ま
た、基板１５４に固定された支持リング１５３により回
動自在に支持される構成となっている。

【００１９】また、基板１５４の他面側には、第１の支
持リング４５および第３のレンズ系Ｌ３を支持するレン
ズホルダ４４がネジ止め固定されている。このレンズホ
ルダ４４の先端部にはネジ山が切られており、対応する
光ファイバ４の先端部に設けられたコネクタ４３と嵌合
するようになっている。

【００２０】操作者は、光ファイバ４を固定した後に第
２の波長板１５１が保持された波長板ホルダ１５２を回
転させることで、光ファイバ４の偏光面とレーザ光の偏
光面を合わせることができる。両者の偏光面が一致した
ところで、第２の固定ネジ１５６を絞め込むことによ
り、これらは固定される。

【００２１】なお、この波長板ホルダ１５２の周面にに
操作用の棒を配設することにより微妙な調整が可能とな
る。また、波長板ホルダ１５２を基板１５４に直接回転
自在に取り付け、両者に目盛りを刻むことを行うことに
より、調整操作がより容易となる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のドップラ
効果を利用した測定器によれば、光伝達媒体として定偏
波型の光ファイバを用いるとともにこの光ファイバをレ
ーザ光源と干渉検出機構の間に配し、さらにレーザ光源
と光ファイバとの間には入射レーザ光の偏光面を回転さ
せる調整手段を設けたので、光ファイバに外部振動が加
えられたとしても正確な測定ができるといった利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の要部を示す分解斜視図である。

【図３】定偏波型の光ファイバの構成を示す説明図であ
る。

【図４】レーザ光線の偏光面を示す説明図である。

【図５】従来装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 本体機構部 １１ レーザ光源 １５ 調整手段 １５１ 第１の波長板（λ／２） １５２ 波長板ホルダ １５３ 第２の支持リング １５４ 基板 ２ 干渉検出機構 ２１ａ 第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ３ 集光部 ４ 光ファイバ（定偏波型） Ｌ１〜Ｌ３ レンズ系

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のドッ
プラ効果を利用した測定器は、測定対象の振動、速度等
の物理量を測定するため、レーザ光を上記測定対象に照
射し、当該測定対象からのドップラ効果が加えられた反
射レーザ光を測定して、上記測定対象の振動、速度等の
物理量を測定するドップラ効果を利用した測定器におい
て、レーザ光を発生する手段、レーザ光を参照光と測定
光とに分岐し測定光を上記測定対象に照射するとともに
当該測定対象からの反射光を取込み、これら参照光と反
射光とを干渉させて反射光の周波数シフト量を検出する
干渉検出手段とを少なくとも有してなり、これら両手段
を、上記レーザ光の偏光状態を保持したままに伝達する
光伝達媒体で接続し、かつ、上記レーザ光発生手段と光
伝達媒体との間に上記レーザ光の偏光面を調整する調整
手段を備えたことを特徴とするものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】一方、定偏波型の光ファイバとは、入射光
の偏光状態を保持したままに伝達する光ファイバのこと
であり、図３に示す様にコア材４１の両脇に応力材４２
が配された構成を有するものである。この光ファイバ４
は偏光面を有している。この偏光面とは、光ファイバ４
の振動時においても上述した直線偏光を有する光の偏光
状態を保持し伝達する面のことをいう。具体的には、図
３中α，βで示す面、すなわち応力材４２の配列方向に
水平で、かつコア４１の中心を通る面（α）と、応力材
４２の配列方向に垂直で、かつコア４１の中心を通る面
（β）のことである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】次いで図２を参照して調整手段１５につい
て説明する。第２の波長板１５１にはλ／２波長板が用
いられている。このλ／２波長板は直線偏光した光の偏
光面を回転可能とするものであり、図４（Ｂ）に示す、
Ｘ軸を基準の偏光面とした場合の相対的な角度θを自由
に変えられるものである。この第２の波長板１５１は、
波長板ホルダ１５２に対して第１の固定ネジ１５５によ
り固定される。この方法の利点は、波長板１５１の微妙
な位置決め調整ができる点、波長板１５１の交換が容易
という点にある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の方向に運動する物体（測定対象）
   の当該運動方向と交わる方向の振動、速度等の物理量を
   測定するため、レーザ光を上記物体に照射し、当該物体
   からのドップラ効果が加えられた反射レーザ光を測定し
   て上記物体の振動、速度等の物理量を測定するドップラ
   効果を利用した測定器において、 レーザ光を発生する手段、 レーザ光を参照光と測定光とに分岐し測定光を上記物体
   に照射するとともに当該物体からの反射光を取込み、こ
   れら参照光と反射光とを干渉させて反射光の周波数シフ
   ト量を検出する干渉検出手段とを少なくとも有してな
   り、 これら両手段を、光の偏光状態を保持したままに伝達す
   る光伝達媒体で接続し、かつ、このレーザ発生手段と光
   伝達媒体との間に偏光面を調整する調整手段を備えたこ
   とを特徴とするドップラ効果を利用した測定器。