JPH08292265A - Measuring device of displacement information - Google Patents

Measuring device of displacement information

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JPH08292265A
JPH08292265A JP7101195A JP10119595A JPH08292265A JP H08292265 A JPH08292265 A JP H08292265A JP 7101195 A JP7101195 A JP 7101195A JP 10119595 A JP10119595 A JP 10119595A JP H08292265 A JPH08292265 A JP H08292265A
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light
photodetector
displacement information
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information measuring
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誠 高宮
Shigeki Kato
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Abstract

PURPOSE: To prevent the effect of drop-out efficiently by integrating a photodetector receiving scattered light from an object with a light sensing changing means for changing a light sensing region of the photodetector. CONSTITUTION: Piezoelectric ceramic 25 is stuck on a vibrator 26, which is fixed as a cantilever by a vibrator fixing member 27. The vibrator 26 and a photodetector 9 are disposed integrally on a circuit board 30. Being driven by the resonance frequency fs of the vibrator 26, the ceramic 25 can make a vibratory displacement amount efficiently. When the vibrator 26 is disposed on an optical path of a converging optical system and made to vibrate, a direction and a region of light sensing are changed. When the optical path in the direction of the detector 9 is interrupted by the vibrator 26 at the time of occurrence of drop-out, the balance of light and shade of a speckle pattern on the detector 9 is lost and the state of drop-out can be eliminated. Even when an object moves at a low speed, accordingly, the drop-out for a long time can be avoided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は変位情報測定装置に関す
る。本発明は、例えば移動する物体や流体等(以下「移
動物体」と称す)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偏移に関す
る偏移情報や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効果を利用した変位情報測定装置に
良好に適用できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement information measuring device. The present invention, for example, irradiates a moving object or fluid (hereinafter referred to as “moving object”) with laser light, and detects a frequency shift of scattered light that has undergone Doppler shift in accordance with the moving speed of the moving object. By doing so, the displacement information regarding the displacement of the moving object and the moving speed of the moving object can be favorably applied to the displacement information measuring device utilizing the Doppler effect so as to be measured in a non-contact manner.

【0002】[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(ドップラー効果)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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser Doppler velocimeter has been used as a device for measuring the moving speed of a moving object in a non-contact and highly accurate manner. Laser doppler speedometer
A moving object or fluid is irradiated with laser light, and the frequency of light scattered by the moving object or moving fluid shifts in proportion to the moving speed (Doppler effect). Alternatively, it is a device for measuring the moving speed of the moving fluid.

【0003】図1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。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a conventional laser Doppler velocimeter.

【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によって二光束5a及び
5bに分割されてミラー6a及び6bで反射された後、
速度Vで移動している物体もしくは流体7に入射角θで
二光束照射される。移動物体による散乱光は、集光レン
ズ8を介して光検出器9で検出される。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、Δfは次の(1)式で表
すことができる。
In FIG. 1, a laser beam emitted from a laser 1 is collimated by a collimator lens 2 into a parallel light beam 3
After being split into two light beams 5a and 5b by the beam splitter 4 and reflected by the mirrors 6a and 6b,
An object or fluid 7 moving at a velocity V is irradiated with two light beams at an incident angle θ. The light scattered by the moving object is detected by the photodetector 9 via the condenser lens 8. At this time, the frequency of the scattered light by the two light fluxes is proportional to the moving speed V and
It is subjected to Doppler shifts of Δf and −Δf. Here, if the wavelength of the laser light is λ, Δf can be expressed by the following equation (1).

【0005】 Δf=Vsinθ/λ … (1)Δf = Vsin θ / λ (1)

【0006】+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。
The scattered lights that have undergone the Doppler shifts of + Δf and −Δf interfere with each other to cause a change in brightness and darkness on the light receiving surface of the photodetector 9, and the frequency F thereof is given by the following equation (2). .

【0007】 F=2Vsinθ/λ … (2)F = 2V sin θ / λ (2)

【0008】従って、光検出器9の出力信号の周波数
(以下、ドッ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7の速度Vを求めることが
できる。
Therefore, if the frequency of the output signal of the photodetector 9 (hereinafter referred to as the Doppler frequency) is measured,
The velocity V of the moving object 7 can be calculated based on the equation (2).

【0009】図2は光検出器9からの信号を処理する電
気処理部Cの概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an electrical processing section C for processing the signal from the photodetector 9.

【0010】光検出器9から得られた信号はバンドパス
フィルター(BPF)12より信号のS/Nを改善し、フ
ェーズロックドループ(PLL)13にて連続信号として
出力される。
The signal obtained from the photodetector 9 has its S / N improved by a bandpass filter (BPF) 12 and is output as a continuous signal by a phase locked loop (PLL) 13.

【0011】ここで、図3のようにドロップアウトが生
じた時の動作について説明する。図3はドロップアウト
(A部)が生じた場合のBPF12からの信号の一例であ
る。ドロップアウト検出器18では、常にA部信号をチ
ェックし、図3のようにドップラー信号レベルがある一
定値以下となるとドロップアウトが生じたと判断し、ス
イッチ(SW)15をオフにし、位相比較器14の出力と
ヴォルテージコントロールドオッシレータ(VCO)17
の入力を分離する。ローパスフィルター(LPF)16で
はSW15のオフ直前の電圧を保持し、VCO17は一定値
を出力する。これによりPPL13ではドップラー信号の
ドロップアウトによる乱れを生じず、ドロップアウト直
前の周波数出力を維持する。そして、ドップラー信号レ
ベルが再び一定値以上になるとドロップアウト検出器1
8はSW15をオンにして、通常のPLLの動作を行う。
Now, the operation when dropout occurs as shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is an example of a signal from the BPF 12 when dropout (A section) occurs. The dropout detector 18 constantly checks the A part signal, determines that dropout has occurred when the Doppler signal level is below a certain value as shown in FIG. 3, and turns off the switch (SW) 15 to make the phase comparator. 14 outputs and voltage controlled oscillator (VCO) 17
Separate the input of. The low pass filter (LPF) 16 holds the voltage immediately before the SW 15 is turned off, and the VCO 17 outputs a constant value. As a result, the PPL 13 does not cause the disturbance due to the dropout of the Doppler signal and maintains the frequency output immediately before the dropout. Then, when the Doppler signal level again exceeds a certain value, the dropout detector 1
8 turns on SW15 to perform normal PLL operation.

【0012】以上の動作で連続信号として得られたドッ
プラー周波数Fは(2)式に基づいて演算手段19によ
り移動物体7の移動速度Vを算出し測定を行う。
The Doppler frequency F obtained as a continuous signal by the above operation is measured by calculating the moving speed V of the moving object 7 by the calculating means 19 based on the equation (2).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
ドロップアウトが長時間生じた場合、PLL13で補足し
た信号と実際に物体が移動したときに出力されるべき信
号とに誤差が生じることになり測定精度が悪化する。特
に同一物体を測定した場合には低速の時のほうがドロッ
プアウトの時間は長く測定精度が悪くなる傾向がある。
[Problems to be solved by the invention] However,
When the dropout occurs for a long time, an error occurs between the signal captured by the PLL 13 and the signal that should be output when the object actually moves, and the measurement accuracy deteriorates. In particular, when measuring the same object, the dropout time is longer and the measurement accuracy tends to be worse at low speeds.

【0014】また一方、静止状態から速度方向も含め測
定を可能とする技術として、2光束を被測定物に照射す
る前に周波数差を付ける方法(周波数シフター)があ
る。
On the other hand, there is a method (frequency shifter) for making a frequency difference before irradiating the object to be measured with two light fluxes as a technique capable of measuring from the stationary state including the velocity direction.

【0015】この場合は周波数シフターによるシフト量
をfRとすると、(2)式が F=2Vsin(θ)/λ+fR …(3) となる。このような場合に、ドロップアウトが生じた状
態で静止すると、ドロップアウト状態が静止中継続する
ことになる。
In this case, assuming that the shift amount due to the frequency shifter is fR, the equation (2) becomes F = 2Vsin (θ) / λ + fR (3) In such a case, if the dropout occurs in the stationary state, the dropout state continues during the stationary state.

【0016】一般にドロップアウト状態が長時間継続す
ると測定不可能状態であると判断して検出エラー状態と
なるため、連続信号として測定できなくなる場合が生じ
る。
In general, if the dropout state continues for a long time, it is determined that the measurement is impossible and a detection error state occurs. Therefore, it may not be possible to measure as a continuous signal.

【0017】このドップラー信号のドロップアウトは、
様々な位相を持つ複数のスペックルをセンサーで採光し
た際に平均化作用により偶然光電信号のAC成分が消失
した際に起こる。
The dropout of this Doppler signal is
It occurs when the AC component of the photoelectric signal accidentally disappears due to the averaging effect when a plurality of speckles having various phases are collected by the sensor.

【0018】図4は、スペックルパターン観測の構成図
であり、10は被測定物7に照射された2光束スポット
で、CCDカメラ11でのスポット10からのスペックル
パターンを図5に示す。
FIG. 4 is a block diagram of speckle pattern observation, and 10 is a two-beam spot irradiated on the object 7 to be measured. FIG. 5 shows a speckle pattern from the spot 10 on the CCD camera 11.

【0019】被測定物7が図4の矢印方向に移動する
と、図3のスペックルパターンの明暗強度が移動距離λ
/2sinθを周期として変調される。ドロップアウトと
は、スペックルパターンの明暗分布がほぼ同一の時にト
ータルの光強度のビート信号振幅が小さくなる現象であ
る。
When the DUT 7 moves in the direction of the arrow in FIG. 4, the intensity of the speckle pattern in FIG.
It is modulated with a period of / 2 sin θ. Dropout is a phenomenon in which the beat signal amplitude of the total light intensity decreases when the light and dark distributions of the speckle pattern are almost the same.

【0020】本発明は、このようなドロップアウトによ
る検出不能状態を防止し常に連続的に変位情報検出でき
る変位情報測定装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a displacement information measuring device capable of preventing such an undetectable state due to dropout and continuously detecting displacement information.

【0021】本発明は特に、このような常に連続的に変
位情報検出できる装置において、より正確にドロップア
ウトの影響防止を実行できる変位情報測定装置を提供す
ることを第1の目的とする。
It is a first object of the present invention to provide a displacement information measuring device capable of more accurately preventing the influence of dropout in such a device capable of continuously and continuously detecting displacement information.

【0022】本発明は又、このような常に連続的に変位
情報検出できる装置において、より効率的にドロップア
ウトの影響防止を実行できる変位情報測定装置を提供す
ることを第2の目的とする。
A second object of the present invention is to provide a displacement information measuring device capable of more efficiently preventing the influence of dropout in such a device capable of continuously detecting displacement information.

【0023】[0023]

【課題を解決する為の手段】上述の目的を達成するため
の第1発明は、光源手段からの光束を物体に入射させ、
前記物体からの散乱光を光検出器により受光し、該散乱
光の周波数変移に基づいて前記物体との間の相対的な変
位情報を測定する変位情報測定装置に於いて、前記物体
からの散乱光を採光する光検出器の採光領域又は採光方
向を変化させる採光変化手段を有し、前記光検出器と前
記採光変化手段とが一体的に構成されていることを特徴
とする変位情報測定装置である。
A first aspect of the present invention for achieving the above object is to allow a light beam from a light source means to enter an object,
In a displacement information measuring device that receives scattered light from the object by a photodetector and measures relative displacement information with the object based on the frequency shift of the scattered light, scattering from the object A displacement information measuring device having a lighting changing means for changing a lighting area or a lighting direction of a photodetector for collecting light, wherein the photodetector and the lighting changing means are integrally configured. Is.

【0024】上述の目的を達成するための第2発明は、
光源手段からの光束を物体に入射させ、前記物体からの
散乱光を光検出器により受光し、該散乱光の周波数変移
に基づいて前記物体との間の相対的な変位情報を測定す
る変位情報測定装置に於いて、前記物体からの散乱光を
採光する光検出器の採光領域又は採光方向を変化させる
採光変化手段を有し、前記採光変化手段が受光光路を少
なくとも一部遮蔽するための光路遮蔽部材を有し且つ該
光路遮蔽部材の共振周波数に合わせて該光路遮蔽部材を
振動させることを特徴とする変位情報測定装置である。
A second invention for achieving the above object is as follows:
Displacement information in which a light beam from the light source means is incident on an object, scattered light from the object is received by a photodetector, and relative displacement information with the object is measured based on a frequency shift of the scattered light. In the measuring device, there is provided a lighting changing means for changing a lighting area or a lighting direction of a photodetector for collecting scattered light from the object, and the light changing means means an optical path for blocking at least a part of a light receiving optical path. It is a displacement information measuring device having a shielding member and vibrating the optical path shielding member according to the resonance frequency of the optical path shielding member.

【0025】第3発明は、上述構成において、更に前記
光路遮断部材が音叉型の振動部材で構成されていること
を特徴とする。
A third aspect of the invention is characterized in that, in the above-mentioned structure, the optical path blocking member is constituted by a tuning fork type vibration member.

【0026】第4発明は、上記構成において、更に前記
物体からの散乱光をレンズ系を介して前記光検出器に導
くことを特徴とする。
A fourth aspect of the invention is characterized in that, in the above structure, scattered light from the object is guided to the photodetector via a lens system.

【0027】第5発明は、上記構成において、更に前記
物体に入射する光束を2光束とし、前記光検出器と前記
採光変化手段を前記2光束の光路の成す面外に配置する
ことを特徴とする。
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the above structure, the luminous flux incident on the object is two luminous fluxes, and the photodetector and the lighting changing means are arranged outside the plane formed by the optical paths of the two luminous fluxes. To do.

【0028】第6発明は、上記構成において、さらに前
記光検出器からの出力信号を元に周期信号を形成するフ
ェーズロックドループを有することを特徴とする。
A sixth aspect of the invention is characterized in that, in the above structure, it further has a phase-locked loop that forms a periodic signal based on the output signal from the photodetector.

【0029】第7発明は、上記構成において、更に前記
採光変化手段が圧電材によって振動部を振動させる構成
を有することを特徴とする。
A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the above structure, the lighting changing means vibrates the vibrating portion with a piezoelectric material.

【0030】[0030]

【実施例】図6は本発明の実施例1のレーザードップラ
ー速度計の要部概略図である。
EXAMPLE FIG. 6 is a schematic view of the essential portions of a laser Doppler velocimeter according to Example 1 of the present invention.

【0031】ハウジング100内において、レーザーダ
イオード1から出射されたレーザー光はZ軸に直線偏光
となるように配置され、コリメーターレンズ2によって
平行光束3となる。平行光束3は格子配列方向がY軸で
格子ピッチdの回折格子40によって2光束5a及び5
bに回折角θで分割される。
In the housing 100, the laser light emitted from the laser diode 1 is arranged so as to be linearly polarized on the Z axis, and becomes a parallel light flux 3 by the collimator lens 2. The parallel light flux 3 is divided into two light fluxes 5a and 5 by the diffraction grating 40 having a grating arrangement direction of Y axis and a grating pitch of d.
It is divided into b at the diffraction angle θ.

【0032】このとき、回折角θは、レーザー波長をλ
として dsinθ=λ …(5) となる。2光束5a、5bはそれぞれ角度θをもって、
Z軸にc軸(光学軸)を持つ電気光学結晶22a、22
bに入射される。電気光学結晶22aには電極23a、
23bにより電圧が印加され、従って光束5aのみに電
界を掛ける様にしてある。電気光学結晶22a、22b
の形状を厚さde=1mm、長さl=20mmとし、レーザー波
長をλ=780nm、格子ピッチd=1.6μmとすると、光束
5a、5bが電気光学結晶22a、22bを透過する実
質長さl´は、 l´=l/cos(θ´) …(6) 但し、θ´は電気光学結晶内部での光束の角度であり、
電気光学結晶の異常光屈折率をNeとすると、以下の様に
なる。
At this time, the diffraction angle θ is the laser wavelength λ
Then, dsin θ = λ (5) The two light beams 5a and 5b have an angle θ,
Electro-optic crystals 22a, 22 having a c-axis (optical axis) in the Z-axis
b. The electrode 23a is attached to the electro-optic crystal 22a,
A voltage is applied by 23b, so that an electric field is applied only to the light beam 5a. Electro-optic crystal 22a, 22b
If the thickness is de = 1 mm, the length is l = 20 mm, the laser wavelength is λ = 780 nm, and the grating pitch is d = 1.6 μm, the substantial length l through which the light beams 5a and 5b pass through the electro-optic crystals 22a and 22b. ′ Is l ′ = 1 / cos (θ ′) (6) where θ ′ is the angle of the light beam inside the electro-optic crystal,
When the extraordinary light refractive index of the electro-optic crystal is Ne, it becomes as follows.

【0033】 sin(θ)=Ne・sin(θ´) …(7)Sin (θ) = Ne · sin (θ ′) (7)

【0034】(5)式よりθ≒29.18度だから、l´=2
0.54mmとなり、異常光屈折率Ne=2.2、ポッケルス定数
γ=32.2×10-9(mm/V)とすると、電圧振幅はV≒224V
で2光束の位相差が2πとなる。周波数fRでセロダイ
ン駆動すると、fRの周波数差を持つ2光束5c、5d
が得られる。2光束5c及び5dはミラー21a、21
bで偏向され、速度Vで移動している被測定物7に入射
角θで二光束照射する。物体による散乱光は、集光レン
ズ8を介して反射プリズム24にて集光光学系光軸を折
り返し、回路基板30に一体的に構成されている(図6
では図示されない)光検出器9で検出される。
From the equation (5), since θ≈29.18 degrees, l ′ = 2
With an extraordinary light refractive index Ne = 2.2 and a Pockels constant γ = 32.2 × 10 -9 (mm / V), the voltage amplitude is V ≈ 224V.
Then, the phase difference between the two light beams becomes 2π. When serrodyne driving at frequency fR, two light fluxes 5c and 5d having a frequency difference of fR
Is obtained. The two light beams 5c and 5d are reflected by the mirrors 21a and 21.
Two beams are irradiated at the incident angle θ to the DUT 7 which is deflected at b and is moving at the velocity V. Light scattered by the object is reflected by the reflecting prism 24 via the condenser lens 8 so that the optical axis of the condenser optical system is turned back and is integrated with the circuit board 30 (FIG. 6).
(Not shown) is detected by the photodetector 9.

【0035】このように反射プリズム24にて反射した
光束を受光する位置に光検出器9や、後述する振動子2
6を設けた回路基板30を配置しており、これにより、
2光束5c、5dの光路が成す平面の外に光検出器9や
振動子26を配置でき、光学系部分を小型化することが
可能な構成となっている。
In this way, the photodetector 9 and the vibrator 2 which will be described later are provided at the positions where the luminous flux reflected by the reflecting prism 24 is received.
The circuit board 30 provided with 6 is arranged.
The photodetector 9 and the oscillator 26 can be arranged outside the plane formed by the optical paths of the two light beams 5c and 5d, and the optical system portion can be downsized.

【0036】検出された散乱光のドップラ−周波数は、
2光束の周波数差fRにより(3)式同様次のようにな
る。
The Doppler frequency of the detected scattered light is
According to the frequency difference fR between the two light fluxes, the following is obtained as in the equation (3).

【0037】 F=2Vsin(θ)/λ+fR …(8)F = 2V sin (θ) / λ + fR (8)

【0038】(5)式より、(8)式は F=2V/d+fR …(9) となり、レーザーの波長依存性がない信号を検出するこ
とが可能となる。即ち、波長が変動すると(5)式によ
って回折角が変化し、これによってドップラー信号の波
長変動による周波数変動は相殺され、波長依存性が消去
される。また、電気光学結晶22a、22bに入射する
角度も変化するが偏光方向が電気光学結晶22a、22
bのc軸と一致するため、電気光学結晶22a、22b
透過後も偏光方向は維持される。また、(6)式より実
質長さl´が変化し電圧振幅が変わるが、変化量は殆ど
無視できる。このため波長が変動しても高精度な信号を
検出する事ができる。
From the equation (5), the equation (8) becomes F = 2V / d + fR (9), and it becomes possible to detect a signal having no wavelength dependence of the laser. That is, when the wavelength changes, the diffraction angle changes according to the equation (5), whereby the frequency fluctuation due to the wavelength fluctuation of the Doppler signal is canceled and the wavelength dependence is eliminated. Further, the incident angle on the electro-optic crystals 22a and 22b also changes, but the polarization direction is changed to the electro-optic crystals 22a and 22b.
Since it coincides with the c-axis of b, the electro-optic crystals 22a, 22b
The polarization direction is maintained after transmission. Further, although the substantial length l'changes and the voltage amplitude changes from the equation (6), the amount of change can be almost ignored. Therefore, a highly accurate signal can be detected even if the wavelength changes.

【0039】上述のような形で物体からの散乱光を受光
した光検出器9からの検出信号は、BPFやPLL、ドロップ
アウト検出器を含む図2に示されたものと同様な電気処
理部により信号処理されて連続信号とされ、この連続信
号より得られた周波数Fから不図示の演算器で(9)式
を元に速度測定される。
The detection signal from the photodetector 9 that receives the scattered light from the object in the above-described manner is the same electric processing unit as that shown in FIG. 2 including the BPF, the PLL and the dropout detector. The signal is processed to obtain a continuous signal, and the speed is measured from the frequency F obtained from this continuous signal by an arithmetic unit (not shown) based on the equation (9).

【0040】この構成では、2光束光路内にそれぞれ電
気光学結晶22a、22bを配置しているため、2光束
光路長など光学的位置関係を変えることなく、電気光学
結晶22a、22bの導入が行われる。
In this structure, since the electro-optical crystals 22a and 22b are arranged in the two-beam optical paths, the electro-optical crystals 22a and 22b can be introduced without changing the optical positional relationship such as the two-beam optical path length. Be seen.

【0041】図7は、図6の回路基板30に一体構成さ
れている光検出器9及び振動子26などの構成を示す図
で、(a)は図6の側面から回路基板30を見た図で、
(b)は図6の下から回路基板30を見た図である。振
動子26は圧電セラミックス25が貼り付けられ、片持
ち梁として振動子固定部材27により固定されている。
振動子26の共振周波数fs(Hz)は、 fs=(1.8752/2πl2)√(EI/ρA) …(10) l:長さ(m)、E:縦弾性係数(Pa)、I:断面2次モー
メント(m4) ρ:比重(kg/m3)、A:断面積(m2) により計算される。圧電セラミックス25を振動子26
の共振周波数fsと同じ周波数で駆動させて振動子26を
振動させることにより、少ない電圧で振動子26の振動
変位量をかせぐことができる。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the photodetector 9 and the vibrator 26 integrally formed on the circuit board 30 of FIG. 6, and FIG. 7A is a side view of the circuit board 30 of FIG. In the figure,
6B is a view of the circuit board 30 as seen from the bottom of FIG. 6. Piezoelectric ceramics 25 is attached to the vibrator 26, and is fixed as a cantilever by a vibrator fixing member 27.
The resonance frequency fs (Hz) of the vibrator 26 is fs = (1.875 2 / 2πl 2 ) √ (EI / ρA) (10) l: length (m), E: longitudinal elastic modulus (Pa), I: the second moment (m 4) ρ: specific gravity (kg / m 3), A : is calculated by the cross-sectional area (m 2). Piezoelectric ceramics 25 and vibrator 26
By vibrating the vibrator 26 by driving it at the same frequency as the resonance frequency fs, the amount of vibration displacement of the vibrator 26 can be obtained with a small voltage.

【0042】このような構成で、集光光学系の光路上に
設けた振動子26を振動させることにより採光方向、採
光領域を変化させることができる。ドロップアウト発生
時に圧電振動アクチュエーターでセンサー方向への特定
採光方向の光路を遮蔽すれば、センサー上でのスペック
ルパターンの明暗のバランスが崩れ、ドロップアウト状
態ではなくなる。よって移動物体が低速で移動している
ときでも長時間のドロップアウトが回避できる。
With such a configuration, it is possible to change the lighting direction and the lighting region by vibrating the vibrator 26 provided on the optical path of the condensing optical system. If the piezoelectric vibration actuator blocks the optical path in the specific lighting direction toward the sensor when a dropout occurs, the light-dark balance of the speckle pattern on the sensor is upset, and the dropout state disappears. Therefore, long-time dropout can be avoided even when the moving object is moving at a low speed.

【0043】この目的のために、光検出器9の受光面9
aと振動子26とは、正確に位置合わせされていなけれ
ばならない。図7の(b)で解るように、光検出器9の
受光面9a(0.6mmφ)と振動子26(幅0.3mm)との位
置合わせは精度を要するが、本実施例においては光検出
器9、振動子26が共に回路基板30に一体的に構成さ
れていることにより、位置合わせが容易な構成となって
いる。また、図7のように構成すれば、図6に示される
集光光学系の光軸調整を行えば振動子26はそのまま遮
断部材としての効果を発揮する構成となる。
For this purpose, the light-receiving surface 9 of the photodetector 9 is
The a and the oscillator 26 must be accurately aligned. As can be seen from FIG. 7B, alignment of the light receiving surface 9a (0.6 mmφ) of the photodetector 9 and the vibrator 26 (width 0.3 mm) requires accuracy, but in the present embodiment, the photodetector is used. Since both the oscillator 9 and the oscillator 26 are integrally formed on the circuit board 30, alignment is facilitated. Further, with the configuration shown in FIG. 7, if the optical axis of the condensing optical system shown in FIG. 6 is adjusted, the vibrator 26 directly exhibits the effect as a blocking member.

【0044】図8は光検出器9からの検出信号の一例を
表しており、図8の(a)は、静止状態でドロップアウ
トが生じた場合、(b)は(a)の状態から振動子26を
駆動させた場合である。図8の(a)に示される信号状
態では、図2で述べた信号処理を行っても、検出エラー
となり連続信号が出力されない。本発明の構成では図8
(b)からわかるように、共振周波数fsの周期でドロッ
プアウト状態とそうでない状態が繰り返されることにな
り、連続したドロップアウト状態が防止される。このよ
うな周期的な信号検出状態であれば、図2で述べた信号
処理を行うことにより連続した信号出力が可能となる。
FIG. 8 shows an example of the detection signal from the photodetector 9, and FIG. 8A shows vibration when the dropout occurs in the stationary state, and FIG. 8B shows vibration from the state shown in FIG. This is the case where the child 26 is driven. In the signal state shown in FIG. 8A, even if the signal processing described in FIG. 2 is performed, a detection error occurs and a continuous signal is not output. In the configuration of the present invention, FIG.
As can be seen from (b), the dropout state and the non-dropout state are repeated in the cycle of the resonance frequency fs, and the continuous dropout state is prevented. In such a periodic signal detection state, continuous signal output is possible by performing the signal processing described in FIG.

【0045】本実施例では、上述のように光検出器と前
記光検出器の採光領域を変化させる手段とを一体的に構
成することにより、遮断部材と光検出器9の受光面との
位置合わせが容易になり、又両者の経時変化等による位
置ズレも起こりにくくなる。
In this embodiment, as described above, the position of the blocking member and the light receiving surface of the photodetector 9 is made by integrally forming the photodetector and the means for changing the light collection area of the photodetector. The alignment becomes easy, and the positional deviation due to the change with time of the both becomes less likely to occur.

【0046】又、本実施例では、上述のように振動子2
6をその共振周波数fsと同じ周波数で駆動することによ
り、少ない電圧で効率的に振動子26の振動変位量を得
ることができる。
Further, in this embodiment, as described above, the vibrator 2 is used.
By driving 6 at the same frequency as the resonance frequency fs, the vibration displacement amount of the vibrator 26 can be efficiently obtained with a small voltage.

【0047】図9に本発明の第2実施例のレーザードッ
プラー速度計における回路基板30の構成を示す。本実
施例の他の部分の構成は第1実施例と同様なので、説明
は省略する。(a)は図6の側面から回路基板30を見
た図で、(b)は図6の下から回路基板30を見た図で
ある。本実施例においては、遮断部材が図のような音叉
型振動子28により構成されており、音叉の一方に圧電
セラミックス25が貼り付けられ、圧電セラミックス2
5を振動子26の共振周波数fsと同じ周波数で駆動させ
て音叉を振動させる構成になっている。音叉型振動子2
8は回路基板30とは半田付けされ、一体構成となって
いる。図9の音叉型振動子28では、左右の振動子がそ
れぞれ反対方向に振動しトルクが節部で逆方向に掛かる
が、回路基板30への取付け部では2つのトルクが相殺
し合う構成となっている。このため取付け部付近に振動
時のトルクによって不要な振動モードが発生することが
無い、より安定した状態となっている。
FIG. 9 shows the structure of the circuit board 30 in the laser Doppler velocimeter of the second embodiment of the present invention. The configuration of the other parts of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and therefore the explanation is omitted. 6A is a view of the circuit board 30 viewed from the side of FIG. 6, and FIG. 6B is a view of the circuit board 30 viewed from the bottom of FIG. In the present embodiment, the blocking member is constituted by the tuning fork type vibrator 28 as shown in the figure, and the piezoelectric ceramics 25 is attached to one of the tuning forks to form the piezoelectric ceramics 2.
5 is driven at the same frequency as the resonance frequency fs of the vibrator 26 to vibrate the tuning fork. Tuning fork vibrator 2
The circuit board 8 is soldered to the circuit board 30 to form an integrated structure. In the tuning fork type vibrator 28 of FIG. 9, the left and right vibrators vibrate in opposite directions and torque is applied in opposite directions at the nodes, but the two torques cancel each other out at the mounting portion to the circuit board 30. ing. For this reason, an unnecessary vibration mode is not generated in the vicinity of the mounting portion due to the torque at the time of vibration, resulting in a more stable state.

【0048】図10は、音叉型振動子28の共振モード
をシミュレーションした結果を示す。点線部が振動前の
位置を示す。これからも回路基板30への取付け部では
振動がないことがわかる。
FIG. 10 shows the result of simulating the resonance mode of the tuning fork type vibrator 28. The dotted line shows the position before vibration. From this, it can be seen that there is no vibration at the mounting portion on the circuit board 30.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ドロップアウトによる検出不能状態を防止し常に連続的
に変位情報検出できる。
As described above, according to the present invention,
The undetectable state due to dropout is prevented, and displacement information can always be detected continuously.

【0050】特に第1発明によれば、このような常に連
続的に変位情報検出できる装置において、光検出器と採
光変化手段とが一体的に構成されていることにより、両
者の位置合わせが容易になり、経時変化等の位置ズレも
起こりにくくなって、より正確にドロップアウトの影響
防止ができる。
In particular, according to the first aspect of the invention, in such a device capable of constantly and continuously detecting displacement information, the photodetector and the lighting change means are integrally formed, so that the positions of the both can be easily aligned. As a result, positional deviation due to changes over time is less likely to occur, and the effect of dropout can be more accurately prevented.

【0051】又第2発明によれば、このような常に連続
的に変位情報検出できる装置において、採光変化手段の
有する光路遮蔽部材を、その共振周波数に合わせて振動
させることにより、少ない電圧で光路遮断部材の振動変
位量を得ることができ、より効率的にドロップアウトの
影響防止ができる。
According to the second aspect of the invention, in such a device capable of constantly and continuously detecting displacement information, the optical path shield member included in the lighting changing means is vibrated in accordance with its resonance frequency, so that the optical path is reduced with a small voltage. The vibration displacement amount of the blocking member can be obtained, and the influence of dropout can be more efficiently prevented.

【0052】又第3発明によれば、光路遮断部材を音叉
型振動部材で構成していることにより、不要な振動モー
ドを発生させることなく共振させることができる。
According to the third aspect of the invention, since the optical path blocking member is composed of the tuning fork type vibration member, it is possible to resonate without generating an unnecessary vibration mode.

【0053】又第4発明によれば、レンズ系を介して散
乱光を光検出器に導くことにより、信号を含む散乱光の
受光効率を上げることができ、S/N向上が図れる。
According to the fourth aspect of the invention, by guiding the scattered light to the photodetector through the lens system, the light receiving efficiency of the scattered light including the signal can be increased and the S / N can be improved.

【0054】又第5発明によれば、光検出器と採光変化
手段を前記2光束の光路の成す面外に配置することによ
り、装置全体を小型化することが可能となる。
According to the fifth aspect of the invention, by disposing the photodetector and the lighting change means outside the plane formed by the optical paths of the two light fluxes, it becomes possible to downsize the entire apparatus.

【0055】又第6発明によれば、フェーズロックドル
ープを用いた装置において、ドロップアウトによる検出
不能状態を防止し常に連続的に変位情報検出することが
可能になる。
According to the sixth aspect of the invention, in a device using a phase-locked loop, it becomes possible to prevent the undetectable state due to dropout and always detect displacement information continuously.

【0056】又第7発明によれば、採光変化手段をより
小型な構成にすることができ、装置構成のコンパクト化
が達成される。
According to the seventh aspect of the invention, the lighting changing means can be made more compact, and the apparatus can be made compact.

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

【図1】従来のレーザードップラー速度計の1例の説明
FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of a conventional laser Doppler velocity meter.

【図2】レーザードップラー速度計の信号処理系を説明
する図
FIG. 2 is a diagram illustrating a signal processing system of a laser Doppler speedometer.

【図3】ドップラー信号のドロップアウトを説明する図FIG. 3 is a diagram illustrating dropout of a Doppler signal.

【図4】スペックルパターン観測構成図[Figure 4] Speckle pattern observation block diagram

【図5】スペックルパターンを示す図FIG. 5 is a diagram showing a speckle pattern.

【図6】本発明の第1実施例のレーザードップラー速度
計の概要図
FIG. 6 is a schematic diagram of a laser Doppler speedometer according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本実施例の回路基板構成図FIG. 7 is a circuit board configuration diagram of the present embodiment.

【図8】ドップラー信号を説明する図FIG. 8 is a diagram illustrating a Doppler signal.

【図9】本発明の第2実施例のレーザードップラー速度
計の回路基板構成図
FIG. 9 is a circuit board configuration diagram of a laser Doppler speedometer according to a second embodiment of the present invention.

【図10】音叉振動子の共振シミュレーションの結果を
示す図
FIG. 10 is a diagram showing a result of resonance simulation of a tuning fork vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源手段 2 コリメーターレンズ 4 ビームスプリッター 6a、6b ミラー 7 移動物体 8 集光レンズ 9 光検出部 13 PLL 19 演算手段 20 絞り部材あるいは振動部材 21a、21b ミラー 22a、22b 電気光学結晶 23 電極 24 反射プリズム 25 圧電セラミックス 26 振動子 27 振動子固定部材 28 音叉振動子 30 回路基板 40 回折格子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source means 2 collimator lens 4 beam splitters 6a, 6b mirror 7 moving object 8 condensing lens 9 photodetector 13 PLL 19 computing means 20 diaphragm member or vibrating member 21a, 21b mirrors 22a, 22b electro-optic crystal 23 electrode 24 reflection Prism 25 Piezoelectric ceramics 26 Vibrator 27 Vibrator fixing member 28 Tuning fork vibrator 30 Circuit board 40 Diffraction grating

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源手段からの光束を物体に入射させ、
前記物体からの散乱光を光検出器により受光し、該散乱
光の周波数変移に基づいて前記物体との間の相対的な変
位情報を測定する変位情報測定装置に於いて、前記物体
からの散乱光を採光する光検出器の採光領域又は採光方
向を変化させる採光変化手段を有し、前記光検出器と前
記採光変化手段とが一体的に構成されていることを特徴
とする変位情報測定装置。
1. A light flux from a light source means is incident on an object,
In a displacement information measuring device that receives scattered light from the object by a photodetector and measures relative displacement information with the object based on the frequency shift of the scattered light, scattering from the object A displacement information measuring device having a lighting changing means for changing a lighting area or a lighting direction of a photodetector for collecting light, wherein the photodetector and the lighting changing means are integrally configured. .
【請求項2】 光源手段からの光束を物体に入射させ、
前記物体からの散乱光を光検出器により受光し、該散乱
光の周波数変移に基づいて前記物体との間の相対的な変
位情報を測定する変位情報測定装置に於いて、前記物体
からの散乱光を採光する光検出器の採光領域又は採光方
向を変化させる採光変化手段を有し、前記採光変化手段
が受光光路を少なくとも一部遮蔽するための光路遮蔽部
材を有し且つ該光路遮蔽部材の共振周波数に合わせて該
光路遮蔽部材を振動させることを特徴とする変位情報測
定装置。
2. A light beam from a light source means is incident on an object,
In a displacement information measuring device that receives scattered light from the object by a photodetector and measures relative displacement information with the object based on the frequency shift of the scattered light, scattering from the object A light detector that has a light collecting area for changing a light collecting area or a light collecting direction of the light detector, and the light collecting changing means has a light path blocking member for blocking at least a part of a light receiving light path; A displacement information measuring device, characterized in that the optical path blocking member is vibrated in accordance with a resonance frequency.
【請求項3】 前記光路遮断部材が音叉型の振動部材で
構成されていることを特徴とする請求項2記載の変位情
報測定装置。
3. The displacement information measuring device according to claim 2, wherein the optical path blocking member is composed of a tuning fork type vibration member.
【請求項4】 前記物体からの散乱光をレンズ系を介し
て前記光検出器に導くことを特徴とする請求項1〜3の
いずれかに記載の変位情報測定装置。
4. The displacement information measuring device according to claim 1, wherein scattered light from the object is guided to the photodetector via a lens system.
【請求項5】 前記物体に入射する光束を2光束とし、
前記光検出器と前記採光変化手段を前記2光束の光路の
成す面外に配置することを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載の変位情報測定装置。
5. A light beam incident on the object is defined as two light beams,
The displacement information measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the photodetector and the lighting change means are arranged outside a plane formed by the optical paths of the two light fluxes.
【請求項6】 さらに前記光検出器からの出力信号を元
に周期信号を形成するフェーズロックドループを有する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の変位
情報測定装置。
6. The displacement information measuring device according to claim 1, further comprising a phase-locked loop that forms a periodic signal based on an output signal from the photodetector.
【請求項7】 前記採光変化手段は圧電材によって振動
部を振動させる構成を有することを特徴とする請求項1
〜6のいずれかに記載の変位情報測定装置。
7. The lighting changing means has a structure in which a vibrating portion is vibrated by a piezoelectric material.
Displacement information measuring device according to any one of ~ 6.
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