JPH08304544A - 変位情報測定装置 - Google Patents
変位情報測定装置Info
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- JPH08304544A JPH08304544A JP7138429A JP13842995A JPH08304544A JP H08304544 A JPH08304544 A JP H08304544A JP 7138429 A JP7138429 A JP 7138429A JP 13842995 A JP13842995 A JP 13842995A JP H08304544 A JPH08304544 A JP H08304544A
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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
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- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ドップラー効果を利用して移動物体の速度情
報を高精度に検出することができる変位情報測定装置を
得る。 【構成】 光源手段からの光束を回折格子１０に入射さ
せ、回折格子からの２つの回折光を第１レンズ１１と第
２レンズ１２を介して、移動物体７上に異なった方向か
らの２つの回折光が移動物体面付近で交差するように各
要素を設定して照射し、移動物体面からのドップラーシ
フトを受けた散乱光を検出手段で検出し、検出手段で得
られるドップラー信号を利用して移動物体の移動情報を
検出する際、環境変化に伴う光源１からの光束の波長変
動によるドップラー信号の検出誤差を環境変化に伴う第
１レンズ１１と第２レンズ１２との間の距離の熱膨張に
よる変化で概略補正している。
報を高精度に検出することができる変位情報測定装置を
得る。 【構成】 光源手段からの光束を回折格子１０に入射さ
せ、回折格子からの２つの回折光を第１レンズ１１と第
２レンズ１２を介して、移動物体７上に異なった方向か
らの２つの回折光が移動物体面付近で交差するように各
要素を設定して照射し、移動物体面からのドップラーシ
フトを受けた散乱光を検出手段で検出し、検出手段で得
られるドップラー信号を利用して移動物体の移動情報を
検出する際、環境変化に伴う光源１からの光束の波長変
動によるドップラー信号の検出誤差を環境変化に伴う第
１レンズ１１と第２レンズ１２との間の距離の熱膨張に
よる変化で概略補正している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報測定装置に関
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変位に関する変位
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。
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変位に関する変位
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。
【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
の移動速度を測定している。
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
の移動速度を測定している。
【０００３】一例として図３に特開平４−２３０８８５
号で提案されているレーザードップラー速度計の要部概
略図を示す。同図において、１０１はレーザードップラ
ー速度計である。１はレーザー、２はコリメーターレン
ズ、７は移動物体としての被測定物体、１０は格子ピッ
チｄの回折格子、１１，１２は焦点距離がｆの第１，第
２レンズであり、図に示すような配置構成になってい
る。回折格子１０から第１レンズ１１までの距離をａ，
第２レンズ１２から被測定物体（移動物体）７までの距
離ｂとしたとき、ａ，ｂはａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足し
ている。
号で提案されているレーザードップラー速度計の要部概
略図を示す。同図において、１０１はレーザードップラ
ー速度計である。１はレーザー、２はコリメーターレン
ズ、７は移動物体としての被測定物体、１０は格子ピッ
チｄの回折格子、１１，１２は焦点距離がｆの第１，第
２レンズであり、図に示すような配置構成になってい
る。回折格子１０から第１レンズ１１までの距離をａ，
第２レンズ１２から被測定物体（移動物体）７までの距
離ｂとしたとき、ａ，ｂはａ＋ｂ＝２ｆの関係を満足し
ている。
【０００４】波長λが約０．６８μｍのレーザーダイオ
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２によっ
て直径１．２ｍｍφの平行光束３となり、格子ピッチｄ
が３．２μｍの透過型の回折格子１０の格子配列方向に
垂直に入射する。このとき±１次の回折光５ａ，５ｂの
回折角θはｄｓｉｎθ＝ｍλ（ｍ＝１）より回折角θ１
＝１２°で出射する。
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２によっ
て直径１．２ｍｍφの平行光束３となり、格子ピッチｄ
が３．２μｍの透過型の回折格子１０の格子配列方向に
垂直に入射する。このとき±１次の回折光５ａ，５ｂの
回折角θはｄｓｉｎθ＝ｍλ（ｍ＝１）より回折角θ１
＝１２°で出射する。
【０００５】光束５ａ，５ｂが焦点距離ｆ（＝１５ｍ
ｍ）の第１レンズ１１に入射すると、図のような光束１
３ａ，１３ｂが得られる。光束１３ａ，１３ｂが２ｆ
（＝３０ｍｍ）離れたもう１つの第２レンズ１２に入射
すると、再び平行光１４ａ，１４ｂが得られ、前述の回
折格子１０からの回折角θ１と等しい角度で１．２ｍｍ
φのスポット径となって速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）の被測
定物体７を照射する。
ｍ）の第１レンズ１１に入射すると、図のような光束１
３ａ，１３ｂが得られる。光束１３ａ，１３ｂが２ｆ
（＝３０ｍｍ）離れたもう１つの第２レンズ１２に入射
すると、再び平行光１４ａ，１４ｂが得られ、前述の回
折格子１０からの回折角θ１と等しい角度で１．２ｍｍ
φのスポット径となって速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）の被測
定物体７を照射する。
【０００６】被測定物体７からの散乱光を第２レンズ１
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９受光部９
ａへと集光させる。このとき受光部９ａ面上では２光束
１４ａ，１４ｂの散乱光による明暗の変化が生じる。検
出部９では、（ａ）式に示すドップラー信号が含有され
た光信号（ドップラー周波数Ｆ）を検出する。そして演
算手段２４により（ａ）式を用いて移動物体７の速度情
報を得ている。
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９受光部９
ａへと集光させる。このとき受光部９ａ面上では２光束
１４ａ，１４ｂの散乱光による明暗の変化が生じる。検
出部９では、（ａ）式に示すドップラー信号が含有され
た光信号（ドップラー周波数Ｆ）を検出する。そして演
算手段２４により（ａ）式を用いて移動物体７の速度情
報を得ている。
【０００７】 Ｆ＝２Ｖ／ｄ＝Ｖ／１．６（ｋＨｚ） ・・・・・・（ａ） ここで、例えばａ＝１０ｍｍ，ｂ＝２０ｍｍとしてお
り、ｂは比較的長くなりワーキングディスタンスを大き
くして速度計設置の自由度を大きくしている。
り、ｂは比較的長くなりワーキングディスタンスを大き
くして速度計設置の自由度を大きくしている。
【０００８】ここでレーザーダイオード１からのレーザ
ー光の波長λが変化したとすると、ｄｓｉｎθ＝λに対
応して回折角θが変動するが、ドップラー信号Ｆは変動
しない。又この装置では２光束スポットの位置２５も不
動にしている。即ち、被測定物体７を図３に示す配置に
設定して、被測定物体７上で２光束のスポットの位置が
不動となるようにしてスポット間の位置ずれが生じない
ようにして、常に適正な交差状態を保っている。
ー光の波長λが変化したとすると、ｄｓｉｎθ＝λに対
応して回折角θが変動するが、ドップラー信号Ｆは変動
しない。又この装置では２光束スポットの位置２５も不
動にしている。即ち、被測定物体７を図３に示す配置に
設定して、被測定物体７上で２光束のスポットの位置が
不動となるようにしてスポット間の位置ずれが生じない
ようにして、常に適正な交差状態を保っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図３に示す構成のドッ
プラー速度計はグレーティング１０からの回折角と被測
定物体７上での入射角が等しい構成となっている。これ
によりレーザー波長が変化した場合でもドップラー信号
は変動せず高精度な速度測定を実現している。しかしな
がら、回折角＝交差角（照射角）であるが故に光学設計
が制約を受ける可能性がある。
プラー速度計はグレーティング１０からの回折角と被測
定物体７上での入射角が等しい構成となっている。これ
によりレーザー波長が変化した場合でもドップラー信号
は変動せず高精度な速度測定を実現している。しかしな
がら、回折角＝交差角（照射角）であるが故に光学設計
が制約を受ける可能性がある。
【００１０】回折角≠交差角の構成をとれば、例えば
「グレーティングピッチ＜被測定物上での干渉縞ピッ
チ」のような構成をとれば、光学設計に自由度が大きく
なり、例えば容易にワーキングディスタンスを長くとる
ことができる。しかしながら、このような構成にする
と、一般に半導体レーザーからの発振波長が温度特性を
持っており、温度変化に伴ってレーザー波長が変化した
場合、回折角θ＝ｓｉｎ-1（λ／ｄ）が変動して、結果
として干渉縞ピッチにも影響するためこのままでは高精
度な測定に影響する可能性がある。
「グレーティングピッチ＜被測定物上での干渉縞ピッ
チ」のような構成をとれば、光学設計に自由度が大きく
なり、例えば容易にワーキングディスタンスを長くとる
ことができる。しかしながら、このような構成にする
と、一般に半導体レーザーからの発振波長が温度特性を
持っており、温度変化に伴ってレーザー波長が変化した
場合、回折角θ＝ｓｉｎ-1（λ／ｄ）が変動して、結果
として干渉縞ピッチにも影響するためこのままでは高精
度な測定に影響する可能性がある。
【００１１】本発明は移動物体の変位情報を高精度に検
出することのできるドップラー効果を利用した変位情報
測定装置の提供を目的とする。
出することのできるドップラー効果を利用した変位情報
測定装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の変位情報測定装
置は、 （１−１）光源手段からの光束を回折格子に入射させ、
該回折格子からの２つの回折光を第１レンズと第２レン
ズを介して、移動物体上に異なった方向から該２つの回
折光が該移動物体面付近で交差するように各要素を設定
して照射し、該移動物体面からのドップラーシフトを受
けた散乱光を検出手段で検出し、該検出手段で得られる
ドップラー信号を利用して該移動物体の移動情報を検出
する際、環境変化に伴う光源からの光束の波長変動によ
るドップラー信号の検出誤差を環境変化に伴う該第１レ
ンズと第２レンズとの間の距離の熱膨張による変化で概
略補正していることを特徴としている。
置は、 （１−１）光源手段からの光束を回折格子に入射させ、
該回折格子からの２つの回折光を第１レンズと第２レン
ズを介して、移動物体上に異なった方向から該２つの回
折光が該移動物体面付近で交差するように各要素を設定
して照射し、該移動物体面からのドップラーシフトを受
けた散乱光を検出手段で検出し、該検出手段で得られる
ドップラー信号を利用して該移動物体の移動情報を検出
する際、環境変化に伴う光源からの光束の波長変動によ
るドップラー信号の検出誤差を環境変化に伴う該第１レ
ンズと第２レンズとの間の距離の熱膨張による変化で概
略補正していることを特徴としている。
【００１３】特に、 （１−１−１）第１レンズを保持する第１保持部材と第
２レンズを保持する第２保持部材を該第１、第２保持部
材の熱膨張率と異なる熱膨張率のベース部材で支持した
こと。 （１−１−２）前記第１、第２保持部材間のベース部材
の距離の熱膨張による変化と、前記第１、第２保持部材
自身の熱膨張による変化によって、前記波長変動による
ドップラー信号の検出誤差を概略補正する様に前記第
１、第２保持部材の前記ベース部材への固定位置を調整
したこと等を特徴としている。
２レンズを保持する第２保持部材を該第１、第２保持部
材の熱膨張率と異なる熱膨張率のベース部材で支持した
こと。 （１−１−２）前記第１、第２保持部材間のベース部材
の距離の熱膨張による変化と、前記第１、第２保持部材
自身の熱膨張による変化によって、前記波長変動による
ドップラー信号の検出誤差を概略補正する様に前記第
１、第２保持部材の前記ベース部材への固定位置を調整
したこと等を特徴としている。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部平面図であ
る。
る。
【００１５】本実施例では図１の紙面内（移動面内）に
おいて移動物体７が速度Ｖで矢印７ａの如く移動してい
る場合を示している。図１において１０１は速度計（変
位情報測定装置）である。
おいて移動物体７が速度Ｖで矢印７ａの如く移動してい
る場合を示している。図１において１０１は速度計（変
位情報測定装置）である。
【００１６】１は光源で、例えばレーザーダイオード等
（以下「レーザー」と称する。）より成っており、波長
λ＝０．６８μｍのレーザー光を放射している。２はコ
リメーターレンズであり、レーザー１からの光束を直径
２ｍｍの平行光束３にしている。１０は回折格子であ
り、例えば格子ピッチｄが３．２μｍの透過型の回折格
子より成り±１次回折光５ａ，５ｂが回折角θ１（θ１
＝１２°）で回折するように設定している。
（以下「レーザー」と称する。）より成っており、波長
λ＝０．６８μｍのレーザー光を放射している。２はコ
リメーターレンズであり、レーザー１からの光束を直径
２ｍｍの平行光束３にしている。１０は回折格子であ
り、例えば格子ピッチｄが３．２μｍの透過型の回折格
子より成り±１次回折光５ａ，５ｂが回折角θ１（θ１
＝１２°）で回折するように設定している。
【００１７】３１は焦点距離ｆ１の第１レンズであり第
１保持部材１１ａに保持している。１２は焦点距離ｆ２
の第２レンズであり第２保持部材１２ａに保持してい
る。第１保持部材と第２保持部材はそれらの熱膨張率と
は異なる熱膨張率のベース部材１３に支持されている。
１保持部材１１ａに保持している。１２は焦点距離ｆ２
の第２レンズであり第２保持部材１２ａに保持してい
る。第１保持部材と第２保持部材はそれらの熱膨張率と
は異なる熱膨張率のベース部材１３に支持されている。
【００１８】第１レンズ１１は回折格子１０からの±１
次回折光５ａ，５ｂを集光し、光束６ａ，６ｂとし、点
Ｐに集光した後に第２レンズ１２に導光している。第２
レンズ１２は光束６ａ，６ｂを平行光束１５ａ，１５ｂ
として射出させて入射角（照射角）θ２で移動物体７に
双方の光束が重畳するように入射させている。
次回折光５ａ，５ｂを集光し、光束６ａ，６ｂとし、点
Ｐに集光した後に第２レンズ１２に導光している。第２
レンズ１２は光束６ａ，６ｂを平行光束１５ａ，１５ｂ
として射出させて入射角（照射角）θ２で移動物体７に
双方の光束が重畳するように入射させている。
【００１９】第１レンズ１１と第２レンズ１２はそれら
の間隔が略ｆ1 ＋ｆ2 となるように配置している。７は
移動物体または移動流体（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。
の間隔が略ｆ1 ＋ｆ2 となるように配置している。７は
移動物体または移動流体（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。
【００２０】８は集光レンズであり、移動物体７からの
反射光をレンズ群１２を介して集光して光検出器（検出
手段）９に導光している。
反射光をレンズ群１２を介して集光して光検出器（検出
手段）９に導光している。
【００２１】本実施例において、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、回折格子１０に垂直入射する。そして回折
格子１０からの±１次（ｎ次）回折光５ａ，５ｂは回折
角θ１で射出し、第１レンズ１１に入射する。そして回
折光５ａ，５ｂは第１レンズ１１で光束６ａ，６ｂとし
て点Ｐに集光した後に第２レンズ１２に入射している。
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、回折格子１０に垂直入射する。そして回折
格子１０からの±１次（ｎ次）回折光５ａ，５ｂは回折
角θ１で射出し、第１レンズ１１に入射する。そして回
折光５ａ，５ｂは第１レンズ１１で光束６ａ，６ｂとし
て点Ｐに集光した後に第２レンズ１２に入射している。
【００２２】このとき光束６ａ，６ｂを距離ｆ1 ＋ｆ2
離れた第２レンズ１２に入射させて、速度測定方向では
再び平行光１５ａ，１５ｂとして入射角θ２で移動物体
７に照射している。
離れた第２レンズ１２に入射させて、速度測定方向では
再び平行光１５ａ，１５ｂとして入射角θ２で移動物体
７に照射している。
【００２３】被測定物体７からの散乱光を第２レンズ１
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９の受光部
９ａへと集光させ、（１）式に示すドップラー信号Ｆが
含有された光信号を検出している。
２及び集光レンズ８により効率よく光検出器９の受光部
９ａへと集光させ、（１）式に示すドップラー信号Ｆが
含有された光信号を検出している。
【００２４】 Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ2 ／λ ・・・・・・（１） ここで、環境変化（温度変化）によりレーザーダイオー
ド１からの光束の波長λが変化すると、 ｄｓｉｎθ1 ＝λ ・・・・・・・・（２） に対応して回折角θ1 が変動する。
ド１からの光束の波長λが変化すると、 ｄｓｉｎθ1 ＝λ ・・・・・・・・（２） に対応して回折角θ1 が変動する。
【００２５】このとき、 ｆ1 ｔａｎθ1 ＝ｆ2 ｔａｎθ2 であれば、ｓｉｎθ≒ｔａｎθ≒θより、ドップラー信
号Ｆは、 Ｆ＝２Ｖｆ1 ／ｆ2 ｄ＝Ｖ／２．５（ｋＨｚ） ・・・・・・（３） となり、近似的にではあるが波長依存性のない光学系を
実現することができる。そこで光検出器９の出力よりド
ップラー信号Ｆの値を求め、不図示の演算器で（３）式
より速度Ｖを算出する。
号Ｆは、 Ｆ＝２Ｖｆ1 ／ｆ2 ｄ＝Ｖ／２．５（ｋＨｚ） ・・・・・・（３） となり、近似的にではあるが波長依存性のない光学系を
実現することができる。そこで光検出器９の出力よりド
ップラー信号Ｆの値を求め、不図示の演算器で（３）式
より速度Ｖを算出する。
【００２６】しかしながら、本実施例ではワーキングデ
ィスタンスを大きくとる為に、 ｆ1 ｔａｎθ1 ≠ｆ2 ｔａｎθ2 としている。この結果、レーザーダイオード１からの光
束の波長λが変化するとドップラー信号Ｆは（１）式よ
り誤差が生じる。
ィスタンスを大きくとる為に、 ｆ1 ｔａｎθ1 ≠ｆ2 ｔａｎθ2 としている。この結果、レーザーダイオード１からの光
束の波長λが変化するとドップラー信号Ｆは（１）式よ
り誤差が生じる。
【００２７】例えば回折格子１０のピッチｄが３．２μ
ｍ、干渉縞ピッチ５μｍの構成では温度変化により表−
１の検出誤差が生じる（温度変化０→２２．５→４５℃
に対して６７９．５→６８５．１→６９０．８ｎｍの波
長変動をする半導体レーザを例にとる）。
ｍ、干渉縞ピッチ５μｍの構成では温度変化により表−
１の検出誤差が生じる（温度変化０→２２．５→４５℃
に対して６７９．５→６８５．１→６９０．８ｎｍの波
長変動をする半導体レーザを例にとる）。
【００２８】
【表１】 またレンズの位置ズレに対する誤差は第１レンズ１１と
第２レンズ１２に対するズレが最も影響度が大きく位置
ズレに対して表−２の検出誤差が生じる。
第２レンズ１２に対するズレが最も影響度が大きく位置
ズレに対して表−２の検出誤差が生じる。
【００２９】
【表２】 そこで本実施例では、第１レンズ１１を保持する第１保
持部材１１ａと第２レンズ１２を保持する第２保持部材
１２ａ、そして該第１，第２保持部材を支持するベース
部材１３を適切なる熱膨張率を有する材質より構成し
て、温度変化によりレーザーダイオード１からの光束の
波長が変化して発生する移動物体７への光束の照射角の
変化による誤差分を第１，第２レンズ間の距離を熱膨張
によって変えて、これに起因する誤差分で略相殺して補
正（キャンセル）するようにしている。
持部材１１ａと第２レンズ１２を保持する第２保持部材
１２ａ、そして該第１，第２保持部材を支持するベース
部材１３を適切なる熱膨張率を有する材質より構成し
て、温度変化によりレーザーダイオード１からの光束の
波長が変化して発生する移動物体７への光束の照射角の
変化による誤差分を第１，第２レンズ間の距離を熱膨張
によって変えて、これに起因する誤差分で略相殺して補
正（キャンセル）するようにしている。
【００３０】具体的には、第１レンズ１１と第２レンズ
１２の保持部材に第１レンズと第２レンズ間の距離３
４．５（ｍｍ）に対して±２２．５℃の温度変化に対し
て±１７μｍの熱膨張をするマグネシウム合金（α＝２
６×１０-6）を使用し、ベース部材１３にアルミニウム
（Ａ３００３，α＝２３．２×１０-6）を使用し、図１
に示すようなレンズ鏡筒固定位置（ネジ止め位置）に設
定している。これにより温度変化±２２．５℃に対する
誤差、即ちドップラー信号Ｆの検出誤差を補正してい
る。具体的には、温度変化±２２．５℃に対して波長変
動による光学的誤差を０．０１％以下になるまで相殺す
る様に設計すれば、即ちこれは誤差を測定時のノイズ以
下までおさえたことになる。
１２の保持部材に第１レンズと第２レンズ間の距離３
４．５（ｍｍ）に対して±２２．５℃の温度変化に対し
て±１７μｍの熱膨張をするマグネシウム合金（α＝２
６×１０-6）を使用し、ベース部材１３にアルミニウム
（Ａ３００３，α＝２３．２×１０-6）を使用し、図１
に示すようなレンズ鏡筒固定位置（ネジ止め位置）に設
定している。これにより温度変化±２２．５℃に対する
誤差、即ちドップラー信号Ｆの検出誤差を補正してい
る。具体的には、温度変化±２２．５℃に対して波長変
動による光学的誤差を０．０１％以下になるまで相殺す
る様に設計すれば、即ちこれは誤差を測定時のノイズ以
下までおさえたことになる。
【００３１】図２は本発明の第２実施例の要部平面図で
ある。
ある。
【００３２】本実施例では図１の実施例１に比べて、ベ
ース部材１３に直接レンズ１１，１２を固定する構成に
した点が異なる。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は回折格子１０により角度θで回折され２光束５
ａ，５ｂに分割されて凸レンズ１１に入射する。光束は
集束光１０ａ，１０ｂになるが、レンズ１２により再び
平行光束１５ａ，１５ｂになり速度Ｖで移動している被
測定物７に入射角θ′で２光束照射される。物体もしく
は流体による散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器
９で検出される。理想的には回折角θ＝照射角θ′であ
れば光学的な誤差はほとんど生じない。しかし本実施例
ではワーキングディスタンスを大きくとるためにθ≠
θ′で構成している。θ≠θ′の場合、光学的な誤差が
理論的に生じる。例えば回折格子ピッチ３．２μｍ、干
渉縞ピッチ５μｍの構成では表−３の誤差が生じる。
ース部材１３に直接レンズ１１，１２を固定する構成に
した点が異なる。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は回折格子１０により角度θで回折され２光束５
ａ，５ｂに分割されて凸レンズ１１に入射する。光束は
集束光１０ａ，１０ｂになるが、レンズ１２により再び
平行光束１５ａ，１５ｂになり速度Ｖで移動している被
測定物７に入射角θ′で２光束照射される。物体もしく
は流体による散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器
９で検出される。理想的には回折角θ＝照射角θ′であ
れば光学的な誤差はほとんど生じない。しかし本実施例
ではワーキングディスタンスを大きくとるためにθ≠
θ′で構成している。θ≠θ′の場合、光学的な誤差が
理論的に生じる。例えば回折格子ピッチ３．２μｍ、干
渉縞ピッチ５μｍの構成では表−３の誤差が生じる。
【００３３】
【表３】 またレンズの位置ズレに対する誤差はレンズ４、レンズ
８に対するズレが最も影響度が大きく位置ズレに対して
表−４の誤差が生じる。
８に対するズレが最も影響度が大きく位置ズレに対して
表−４の誤差が生じる。
【００３４】
【表４】 以上のことを踏まえ本実施例ではレンズ４とレンズ８が
最適に位置ズレする、即ち温度変化によるレーザーダイ
オード波長変化起因の誤差とレンズ４，８間の熱膨張に
よる距離変動起因の誤差とが相殺されるような材質を選
定してある。実際の設計ではレンズ４、レンズ８間距離
３４．５に対して±２２．５℃の温度変化に対して１５
μｍの熱膨張をする材質、例えば真ちゅう（α＝１９．
９×１０-6）がほぼ光学的誤差を消去する。
最適に位置ズレする、即ち温度変化によるレーザーダイ
オード波長変化起因の誤差とレンズ４，８間の熱膨張に
よる距離変動起因の誤差とが相殺されるような材質を選
定してある。実際の設計ではレンズ４、レンズ８間距離
３４．５に対して±２２．５℃の温度変化に対して１５
μｍの熱膨張をする材質、例えば真ちゅう（α＝１９．
９×１０-6）がほぼ光学的誤差を消去する。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、回折格子
より生ずる回折光を集光する第１レンズを保持する第１
保持部材と第２レンズを保持する第２保持部材、そして
第１，第２保持部材を支持するベース部材を適切なる熱
膨張率の部材より構成し、回折角と照射角が異なること
で生じる光学的誤差を該第１レンズ及び第２レンズ間の
距離の熱膨張による変化（誤差）でキャンセルすること
により、移動物体の変位情報を高精度に検出することの
できるドップラー効果を利用した変位情報測定装置を達
成することができる。
より生ずる回折光を集光する第１レンズを保持する第１
保持部材と第２レンズを保持する第２保持部材、そして
第１，第２保持部材を支持するベース部材を適切なる熱
膨張率の部材より構成し、回折角と照射角が異なること
で生じる光学的誤差を該第１レンズ及び第２レンズ間の
距離の熱膨張による変化（誤差）でキャンセルすること
により、移動物体の変位情報を高精度に検出することの
できるドップラー効果を利用した変位情報測定装置を達
成することができる。
【図１】 本発明の実施例１の要部平面図
【図２】 本発明の実施例２の要部平面図
【図３】 従来のドップラー速度計の概略図
【符号の説明】 １ 光源 ２ コリメーターレンズ ７ 被測定物 ８ 集光レンズ ９ 光検出器 １０ 回折格子 １１ 第１レンズ １２ 第２レンズ １１ａ 第１保持部材 １２ａ 第２保持部材 １３ ベース部材 ２１，２２ レンズ鏡筒
Claims (3)
- 【請求項１】 光源手段からの光束を回折格子に入射さ
せ、該回折格子からの２つの回折光を第１レンズと第２
レンズを介して、移動物体上に異なった方向から該２つ
の回折光が該移動物体面付近で交差するように各要素を
設定して照射し、該移動物体面からのドップラーシフト
を受けた散乱光を検出手段で検出し、該検出手段で得ら
れるドップラー信号を利用して該移動物体の移動情報を
検出する際、環境変化に伴う光源からの光束の波長変動
によるドップラー信号の検出誤差を環境変化に伴う該第
１レンズと第２レンズとの間の距離の熱膨張による変化
で概略補正していることを特徴とする変位情報測定装
置。 - 【請求項２】 第１レンズを保持する第１保持部材と第
２レンズを保持する第２保持部材を該第１、第２保持部
材の熱膨張率と異なる熱膨張率のベース部材で支持した
ことを特徴とする請求項１記載の変位情報測定装置。 - 【請求項３】 前記第１、第２保持部材間のベース部材
の距離の熱膨張による変化と、前記第１、第２保持部材
自身の熱膨張による変化によって、前記波長変動による
ドップラー信号の検出誤差を概略補正する様に前記第
１、第２保持部材の前記ベース部材への固定位置を調整
したことを特徴とする請求項２記載の変位情報測定装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13842995A JP3548275B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 変位情報測定装置 |
| US08/642,511 US5737070A (en) | 1995-05-12 | 1996-05-03 | Displacement information measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13842995A JP3548275B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 変位情報測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304544A true JPH08304544A (ja) | 1996-11-22 |
| JP3548275B2 JP3548275B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=15221770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13842995A Expired - Fee Related JP3548275B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 変位情報測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5737070A (ja) |
| JP (1) | JP3548275B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2754605B1 (fr) * | 1996-10-14 | 1998-10-30 | Commissariat Energie Atomique | Velocimetre et telemetre laser utilisant une detection coherente |
| US6336285B1 (en) * | 1997-03-17 | 2002-01-08 | Allen P. Baumer | Sighting apparatus |
| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
| JPH11351813A (ja) | 1998-06-08 | 1999-12-24 | Canon Inc | 干渉装置及びそれを用いた位置検出装置 |
| EP1131639A4 (en) | 1998-09-28 | 2002-09-18 | California Inst Of Techn | MINIATURIZED OPTICAL SENSOR |
| FI110210B (fi) * | 1998-12-31 | 2002-12-13 | Kibron Inc Oy | Mittauslaite pienten voimien ja siirtymien mittaamiseksi |
| JP4365927B2 (ja) * | 1999-03-12 | 2009-11-18 | キヤノン株式会社 | 干渉計測装置及び格子干渉式エンコーダ |
| EP1045227B2 (en) | 1999-04-16 | 2012-04-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
| JP2000321021A (ja) | 1999-05-10 | 2000-11-24 | Canon Inc | 干渉装置、変位測定装置、及びそれを用いた情報記録又は／及び再生装置 |
| JP4593768B2 (ja) | 1999-12-27 | 2010-12-08 | キヤノン株式会社 | 光干渉装置及び位置検出装置 |
| US6914682B2 (en) * | 2001-10-25 | 2005-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometer and position measuring device |
| US7012691B2 (en) * | 2002-08-06 | 2006-03-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical moving information measuring apparatus and carrier system incorporating the same |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5216478A (en) * | 1989-03-31 | 1993-06-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Doppler velocity meter |
| JP2924301B2 (ja) * | 1990-05-21 | 1999-07-26 | キヤノン株式会社 | 速度計 |
| JP2962819B2 (ja) * | 1990-11-30 | 1999-10-12 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置 |
| US5502466A (en) * | 1993-06-29 | 1996-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Doppler velocimeter and position information detection apparatus for use with objects having variations in surface depth |
| JP3491969B2 (ja) * | 1994-06-27 | 2004-02-03 | キヤノン株式会社 | 変位情報測定装置 |
| JP3513247B2 (ja) * | 1994-07-11 | 2004-03-31 | キヤノン株式会社 | 周波数シフター及びそれを用いた光学式変位計測装置 |
-
1995
- 1995-05-12 JP JP13842995A patent/JP3548275B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-03 US US08/642,511 patent/US5737070A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5737070A (en) | 1998-04-07 |
| JP3548275B2 (ja) | 2004-07-28 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031125 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040210 |
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