JPS63131092A - レ−ザ光を用いた速度計測装置におけるレ−ザ光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光による明暗の縞を被測定物体の表面
に形成して、四組に対して略直角方向に移動する同物体
の速度を計測するレーザ光を用いた速度計測装置に係り
、特に前記明暗の縞を形成するために前記物体の表面に
レーザ光を照射するレーザ光照射装置に関する。

（従来技術）　。

従来、この種の速度計測装置は、例えば「日本機械学会
東海学生会第１７回学生員卒業研究発表講演会講演前刷
集（’　８６．３．１５）Ｊ第８１頁及び第８２頁の［
物体散乱光の周波数分布特性を用いたすべり覚検出セン
サの研究ｊに示されているように、レーザ光照射装置に
より被測定物体の表面に明暗の縞を形成するとともに同
物体表面からの散乱光を受光素子により受光し、同素子
から出力され前記受光した散乱光の強さを表す電気信号
に基づき、同電気信号に含まれる周波数成分すなわち前
記明暗の縞に対する略直角方向への被測定物体の移動に
伴う散乱光の周期的変化を解析して、同物体の移動速度
を計測する。この場合、レーザ光照射装置は、第７図に
示すように、平行なレーザ光を発生するレーザ光源１１
と、レーザ光源１１の前方に配設されるとともに平行か
つ等間隔に形成した複数条のスリットを有する回折格子
１２と、回折格子１２のさらに前方に配設された焦点距
離ｆの凸レンズ１３とからなり、回折格子１２と凸レン
ズ１３との距離及び凸レンズ１３と被測定物体Ｍの表面
との距離を各々前記焦点距離ｆの２倍の距離２・ｆに設
定して、被測定物体Ｍの表面に回折格子１２の像を投影
するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、上記従来の速度計測装置におけるレーザ光照
射装置にあっては、被測定物体Ｍの表面に投影された回
折格子１２の像による散乱光を利用して同物体Ｍの移動
速度を計測するゆで、被測定物体Ｍの表面の大きな凹凸
、同物体Ｍの振動等により凸レンズ１３と同物体Ｍの表
面までの距離が２・ｆでなくなると、同物体Ｍの表面の
回折格子１２の像がぼけたり、四偶が全く投影されなく
なったりして、散乱光を利用した被測定物体Ｍの移動速
度の計測精度が悪くなったり、同速度の計測が不能とな
るという問題があった。

本発明は上記問題に鑑み案出されたもので、その目的は
、被測定物体Ｍの表面の大きな凹凸、同物体Ｍの振動等
とは無関係に、同物体Ｍの移動速度を常に精度よく計測
できるようにしたレーザ光を用いた速度計測装置を提供
しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題を解決して本発明の目的を達成するために、本
発明の構成上の特徴は、被測定物体の表面にレーザ光に
よる明暗の縞を形成するとともに同物体の表面からの散
乱光を利用して、前記明暗の縞に対して略直角に移動す
る被測定物体の速度を計測するレーザ光を用いた速度計
測装置において、平行なレーザ光を発生するレーザ光源
と、前記レーザ光源の前方に配設された回折格子と、前
記回折格子の前方であって各焦点距離の和に等しい間隔
をおいて配設された第１及び第２凸レンズと、前記第１
及び第２凸レンズの間であって前記第１凸レンズから同
第１凸レンズの焦点距離に等しくかつ前記第２凸レンズ
から同第２凸レンズの焦点距離に等しい位置に配設され
前記回折格子にて回折されたレーザ光のみを透過させる
一対の透過孔を有する遮光板とにより、レーザ光照射装
置を構成したことにある。

（発明の作用） 上記のように構成した本発明においては、第１凸レンズ
にはレーザ光源から直進した平行光及び回折格子により
回折された平行光が各々入射し、これらの平行光は第１
凸レンズの作用により同第１凸レンズの焦点距離に等し
い位置に各々集光する。この位置には、回折されたレー
ザ光のみを透過させる一対の透過孔を有する遮光板が配
設されており、この遮光板により、前記直進光の進行が
妨げられ、前記回折光のみが進行して第２凸レンズに入
射する。この第２凸レンズは遮光板から同レンズの焦点
距離に等しい位置に配設されているので、入射した前記
回折光は再び平行光となり、この一対の平行光が被測定
物体を照射する。その結果、この一対の平行光は互いに
干渉して、被測定物体の表面に等間隔の平行な干渉縞を
形成する。

（発明の効果） 上記作用説明からも理解できるように、本発明によるレ
ーザ光照射装置によれは、回折光の干渉による干渉縞を
被測定物体の表面に形成するようにし、この干渉縞を利
用して同物体の移動速度を計測するようにしたので、被
測定物体にある程度大きな凹凸があっても、または同物
体が振動して同物体表面と第２凸レンズまでの距離が多
少変動しても、同物体表面に形成された干渉による明暗
の縞がぼけたり、同幅が形成されなくなることはなく、
被測定物体の移動速度が精度よく計測できるようになる
。

また、本発明によるレーザ光照射装置によれば、第１凸
レンズ、遮光板及び第２凸レンズの作用により、被測定
物体の表面に平行な回折光を照射するようにしたので、
すなわちレーザ光の波面が円形状に広がって進行するも
のではなく常に平行に直進するようにしたので、同物体
表面には等間隔の干渉縞が正確に形成され、前記移動速
度の計測が極めて精度の高いものとなる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明に係る速度計測装置を原理的に示してお
り、同装置は被測定物体Ｍの表面にレーザ光を照射ず°
るレーザ光照射装置２０を備えている。レーザ光照射装
置２０は、第１図及び第２Ａ図に示されているように、
内面が黒く塗られた円筒状のハウジング２１に同軸的に
組込まれたレーザ光源２２、回折格子２３、第１凸レン
ズ２４、遮光板２５、第２凸レンズ２６により構成され
ている。レーザ光源２２はハウジング２１の向後端に固
定され、レーザ駆動装置３０により駆動されて直径ａ＜
１ミリメートル程度）の円形状の光束を有しかつ波長λ
の平行なレーザ光を発生するもので、同光源２２として
はヘリウムネオンレーザ、半導体レーザ等を利用できる
。回折格子２３はレーザ光源２２の前方近傍に配設され
て、同光源２２からの平行なレーザ光を回折させるもの
で、同格子２３には、第２Ｂ図に示すように、レーザ光
を回折させるための多くの透光用スリットがピッチｄ、
例えば０．０２５ミリメー１−ルの間隔で平行に形成さ
れている。第１凸レンズ２４は回折格子２３の前方に配
設されており、同レンズ２４の焦点距離はｆｌに設定さ
れている。遮光板２５は第１凸レンズ２４の前方であっ
て同レンズ２４から焦点距離ｆ、たけ離れた位置に配設
されており、同遮光板２５には、第２Ｃ図に示すように
　回折格子２３により回折された回折１次光が第１凸レ
ンズ２４により集光する位置に、同１次光を透過させる
一対の透過孔２５ａ、２５ｂが形成されている。第２凸
レンズ２６は遮光板２５の前方であって、同遮光板２５
から同レンズ２６の焦点距離ｆ２だけ離れた位置に配設
されている。なお、第１凸レンズ２４の焦点距離ｆ、と
第２凸レンズ２６の焦点距離ｆ２は同一値に設定しても
よく、また異なる値に設定してもよい。

また、この速度計測装置は被測定物体Ｍの表面からの散
乱光を受光する受光装置４０を備えている。受光装置４
０は、第２Ａ図に示すように、レーザ光照射装置２０の
ハウジング２１に固定した支持体４１によって支持され
た集光レンズ４２及び受光素子４３により構成されてい
る。集光レンズ４２は被測定物体の表面からの散乱光を
集光して、同散乱光を受光素子４３に供給する。受光素
子４３はフォトトランジスタ等の光電変換素子により構
成され、入射した散乱光を同散乱光の強さを表す電気信
号に変換して出力する。

この受光装置４０には信号処理装置５０が接続されてお
り、同装置５０は受光素子４３からの電気信号に基づき
、同電気信号に含まれる周波数成分すなわち被測定物体
Ｍの移動に伴う散乱光の周期的変化を解析し、同物体Ｍ
の移動速度Ｖを算出する。この信号処理装置５０は、例
えば、自己相関関数を用いて受光素子４３からの電気信
号に含まれる周波数成分を解析し、かつこの解析した周
波数成分の逆数に相当する周期Ｔと回折格子２３のピッ
チｄとの関係ｖ　＝　ｄ　／　２　Ｔを用いて、被測定
物体Ｍの移動速度Ｖを算出すればよく、同装置５０の一
例を第３図に示す。

この信号処理装置５０は受光素子４３からの電気信号の
処理タイミングを決定する各種クロック信号φ１．φ３
；φ、を発生するタイミングクロック発生回路５０ａを
有する。タイミングクロック発生回路５０ａは高周波数
のマスタクロック信号φ１を発生するクロック発生器５
１を有する。

なお、このマスタクロック信号φ１はタイミングタロツ
ク発生回路５０ａ以外の後述する各回路にも供給されて
、必要に応じて各回路内の基本的動作タイミングを規定
するものであるが、本件実施例においては、この基本的
動作タイミングを問題にしないので、タイミングクロッ
ク発生回路５０ａ以外へのマスタクロック信号φ１の供
給に関する説明を省略する。クロック発生器５１には可
変分周器５２が接続されており、同分周器５２はマスタ
クロック信号φ１を分周比データメモリ５２ａから供給
される分周比データに応じて分周して、分周比データ値
に反比例しな周波数のサンプリングクロック信号φ３　
（第５図参照）を出力する。

分周比データメモリ５２ａには分周比を変更するための
選択切換えスイッチ５３が接続されており、同メモリ５
２ａは同スイッチ５３の切換え操作に応じて分周比デー
タを可変分周器５２に供給する。

可変分周器５２には可変分周器５４が接続されており、
同分周器５４はサンプリングクロック信号φ１を分周比
データメモリ５４ａから供給される分４周比データに応
じて分周して、分周比データ値Ｐに反比例した周波数の
分周クロック信号φ２　（第５図参照）を出力する。分
周比データメモリ５４ａには分周比を変更するための選
択切換えスイッチ５５が接続されており、同メモリ５４
ａは同スイッチ５５の切換え操作に応じて「２００」以
上の整数、例えばｒ２００」、’４００Ｊ、’６００Ｊ
、ｒ８００」・・・笠の値Ｐを表す分周比データを可変
分周器５４に供給する。なお、サンプリングクロック信
号φ３は受光素子４３からの電気信号のサンプリングレ
ートを規定し、かつ分周クロック信号φ２は同電気信号
に陰まれる周波数成分を解析するためのデータ処理の１
サイクルを規定するものであり、分周比Ｐは前記周波数
成分の解析に利用されるサンプリングデータ数に等しい
。

また、信号処理装置５０は受光素子４３に増幅器５６を
介して接続されたアナログディジタル変換器（以下Ａ／
Ｄ変換器という）５７を有する。

Ａ／Ｄ変換器５７は受光素子４３から増幅器５６を介し
て供給されたアナログ信号をディジタル変換し、該変換
したディジタルデータをサンプリングデータｐｓ（ｔ）
としてサンプリングクロック信号φ、に同期して出力す
る。

このＡ／Ｄ変換器５７には、２００個の遅延回路５８１
．５８２．５８３．５８４・・・５８□。

。が直列に接続されるとともに、乗算器６１ｏ及び２０
０個の乗算器６１ｔ　、６１２．６１３．６１４　・・
・６１□ｏｏが並列に接続されている。各遅延回路５８
＋　、５８２．５８３．５８４・・・５８２００はサン
プリングクロック信号φ３により制御され、入力したサ
ンプリングデータＦ、（ｔ）をサンプリングクロック信
号φ３の１周期τずつ遅延して、乗算器６１８，６１２
．６１３．６１４・・・６１２００の各一方の入力にサ
ンプリングデータ　Ｆ、（ｔ−τ）　、　　Ｆ、（ｔ−
２τ）、Ｆ、（ｔ−３τ）。

Ｆｍ（＋、−４τ）・・・　Ｆ、（ｔ−２００τ）を各
々出力する。ここで、各サンプリングデータ　Ｆ、（を
−τ）。

Ｆ、（ｔ　−２τ）　、　　Ｆ、（ｔ　−３τ”）　、
　　Ｆ、（ｔ−４τ）・・・　Ｆ、Ｄ−２００τ）は時
刻ｔに対して各々τ、２τ。

３τ、４τ・・・２００τ時間前のサンプリングデータ
Ｆ３を表す。乗算器６１．〕はＡ／Ｄ変換器５７からの
サンプリングデータＦ、（ｔ、）を入力して、同データ
Ｆ、（ｔ）を２乗したデータＦ、（ｔ）−Ｆ、（ｔ）を
出力する６乗算器６１＋　、６１２．６１３．６１４・
・・６　］　２００は各他方の入力にてＡ／Ｄ変換器５
７からのサンプリングデータＦ、（ｔ）を各々入力し、
該入力した各サンプリングデータＰ、（ｔ）と、前述の
各遅延回路５８１，５８２．５８３．５８４　・・・５
８２００からの各サンプリングデータＦ８（を−τ’）
　、　Ｆ、（ｔ−２τ）　、　Ｆ、（ｔ−３τ）　、　
Ｆ、（Ｌ−４τ）・・・Ｆ、（ｔ−２００τ）とを各々
乗算し、該乗算したデータＦ、（ｔ）−Ｆ、（ｔ−τ）
　、　Ｆ、Ｕ）・Ｆ、（ｔ−２τ）、Ｆ３（１）・Ｆ、
（ｔ−３τ）　、　Ｆ、（ｔ）・Ｆ３（ｔ−４τ）・・
・Ｆ、（ｔ）・Ｆ３（ｔ−２００τ）を各々出力する。

これらの乗算器６１ｏ　、６１＋　、６１２．６１３．
６１４　　・・・６１２０Ｑには、アキュムレータ６２
ｏ　、６２１，６２ｚ　、６２３．６２４　　・・　・
６２２００が各々接続されている。各アキュムレータ６
２ｏ、６２□、６２２．６２３．６２４　・・・６２２
００は分周クロック信号φ、によってリセツトされると
ともに、サンプリングクロック信号φ３に制御されて各
乗算器６１ｏ　、６１＋　、６１２．６１３．６１４　
・・・６１２００からの出力データＦ、（ｔ）・Ｆ、（
ｔ）　　、　　Ｆ、（ｔ）・Ｆ、（ｔ−τ　）　　、　
　Ｆ、（ｔ）・Ｆ。

（ｔ−２τ　）　　、　　Ｆ、（ｔ）−Ｆ、（ｔ−３τ
　）　　、　　Ｆ、（ｔ）・Ｆ、（ｔ−４τ　）・・・
ｐ、（ｔ）・Ｆ、（ｔ−２００τ）を同クロック信号φ
３の１周期毎に累算する。これらのアキュムレータ６２
ｏ　、６２＋　、６２２．６２３．６２４　・・・６２
２００にはラッチ回路６３ｏ　、６３□、６３２゜６３
３．６３４　・・・６３２００が各々接続されており、
各ラッチ回路６３ｏ　、６３＋　、６３２．６３３．６
３４　・・・６３２００は分周クロック信号φ３により
制御されて、各アキュムレータ６２ｏ。

６２１．６２２．６２３．６２４　　・・・６２２００
により累算されたデータを分周クロック信号φ。

に同期してラッチする。これにより、各ラッチ回路６３
ｏ　、６３＋　、６３２．６３３．６３４・・・６３ｚ
ｏｏは、乗算器６１ｏ　、６１＋　、６１２　。

６１３．６１．ｓ　・・・６１２００からの出力データ
Ｆ、（ｔ）・Ｆ、（ｔ）　、　Ｆ、（ｔ）・Ｆ、（を−
τ）　、　Ｆ、（ｔ）・Ｆ、（ｔ−２τ）　　、　　Ｆ
、（ｔ）・Ｆ、（ｔ−３τ）　　、　　Ｆ、（ｔ）・Ｆ
、（ｔ−４τ）　・　・、　Ｆ、（ｔ）−Ｆ、（ｔ−２
００τ）を、アキュムレータ６２０゜６２＋　　、　　
６２２　　、　６２３　　、　６２４　　□　　・　・
　６２２００にてＰ・τ時間に渡り累算したデータ４ｐ
、（ｔ、）−ｐ−４τ）・・・ΣＦ−Ｄ＋）・Ｆ−（ｔ
ｌ−２００τ）を記憶することになる。なお、この場合
、ｉは１からＰまで変化する整数であり、ｔｌはτ時間
毎に変化する時刻を表す。

ここで、本件実施例で利用する自己相関関数Ｇ（ｎ）に
ついて説明しておく。自己相関関数Ｇ（ｎ）をＧ（ｎ）
＝Σｐｓ（ｔｌ＞−ｐｓ（ｔｌ−ｎτ）　　（ｎはＯか
ら２００までの整数）として定義すると、各ラッチ回路
６３ｏ　、６３１．６３２．６３３．６３４　・・・６
３２００に記憶される上記各データは、以下に示すよう
に、自己相関関数Ｇ　（ｎ）で表される。

Ｇ（０）　＝ｉＦ、（ｔｌ＞−ｐｓ（ｔｌ）Ｇ（１）＝
ΣＦ−（Ｌ＋）・Ｆ、（ｔｌ−τ）Ｇ（２）＝ΣＦ−（
ｔｌ）・Ｆ−（ｔｌ−２τ）Ｇ（３）　−：ｉｐ、ｏ＋
＞・Ｆ、（ｔｌ−３τ）Ｇ（４）＝ΣＦ−（ｔｌ）・Ｆ
、（ｔｌ−４τ）ＴＩ Ｇ　（２００）＝ΣＦ−（ｔｌ＞４−（ｔｌ−２００τ
）ラッチ回路６３ｏ　、６３ｒ　、６３□、６３３゜６
３４・・・６３２ｏｏには除算器６４１．６４ｚ　。

６４３．６４４　・・・６４２００が接続されている。

各除算器６４＋　、６４２．６４３．６４４　　・・・
６４２００は、各ラッチ回路６３ｔ　、６３２．６３３
．６３４　・・・６３２００からの出力データＧ（１）
、　Ｇ（２）　、　Ｇ（３）　、　Ｇ（４）　、　　・
・・Ｇ　（２００）を、ラッチ回路６３ｏからの出力デ
ータＧ（０）で除算して、該除算結果を相関度データＧ
　（１）／Ｇ　（Ｑ）　。

Ｇ（２）／Ｇ（０）　、　Ｇ（３）／Ｇ（０）　、　Ｇ
（４）／Ｇ（０）　　・・・Ｇ　（２００＞／Ｇ　（０
）として比較器６５ｔ　、６５□。

６５３．６５ａ　・・・６５２００の各正側入力子に各
々出力する。比較器６５＋　、６５２．６５３　。

６５４・・・６５２００の負側入力−には相関度比較デ
ータメモリ６６から０．９程度の値を示す基準相関度デ
ータＫが供給されており、各比較器６５＋　、６５□、
６５３．６５４・・・６５□ｏｏは、各除算器６４＋　
、６４２．６４３．６４．ｓ　・・・６４２００からの
相関度データＧ（＋）／Ｇ（０）　、　Ｇ（２）／Ｇ（
０）　、　Ｇ（３）／Ｇ（０）　、　Ｇ（４）／Ｇ（０
）　　・・・Ｇ（２００）／Ｇ　（０）が基準相関度デ
ータに以上のとき“１”を表す信号を優先回路６７に各
々出力し、かつ同相関度データＧ（＋＞／Ｇ（０＞　、
　Ｇ（２＞／Ｇ（０）　。

Ｇ（３＞／Ｇ（０）　、　Ｇ（４）／Ｇ（０）　　・・
・Ｇ　（２００）／Ｇ　（０）が基準相関度データに未
満のとき０゛を表す信号を優先回路６７に各々出力する
。優先回路６７は各比較器６５＋　、６５２．６５３．
６５４　・・・６５２００から出力される”１“を表す
信号の中で、第３図の最も右側に位置するものを１つだ
け選択して出力する。これにより、優先回路６７は相関
度が基準相関度により大きくがつ遅延時間の最も大きい
相関度データ、すなわち受光素子４３から出力される信
号に含まれる周波数成分のうち最も低い周波数（基本周
波数）に対応した信号を出力することになる。

優先回路６７には周期テーブル６８が接続されている。

周期テーブル６８は、遅延回路５８１゜５８２．５８３
．５８４　　・・・５８２００により決定される遅延時
間τ、２τ、３τ、４τ、・・・２００τに対応したデ
ータであって上記各周波数成分の周期を表す周期データ
を、選択切換えスイッチ５３の選択切換え位置毎に各々
記憶するもので、優先回路６７及び選択切換えスイッチ
５りからの信号に応じて、上述した受光素子４３からの
出力信号に含まれる基本周波数成分の周期Ｔを表す周期
データを出力する。周期テーブル６８には演算器６９が
接続されており、同演算器６９は回折格子２３のピッチ
ｄに起因した干渉縞のピッチｄ　、／２を周期テーブル
６８から供給される周期データにより表された周期Ｔで
除算し、該除算結果を被測定物体Ｍの移動速度Ｖ（・ｄ
／２Ｔ）を表す速度データとして表示器７１に出力する
。表示器７１は、この供給された速度データに基づき、
移動速度Ｖを表示する。

上記のように構成した実施例の動作を説明する。

レーザ光源２２が波長λの平行なレーザ光（光束の直径
ａ）を回折格子２３に向けて発生すると、回折格子２３
はスリツ１−をそのまま通した直接光（以下、この直接
光を０次光という）及びスリ・ントにより回折された回
折１次光１回折２次光・・・を第１凸レンズ２４に出射
する。これらの０次光、１次光、２次光・・・は平行な
レーザ光であるので、第１凸レンズ２４により屈折され
て同レンズ２４の焦点距離ｆ、に等しい位置に集光する
。

この位置には、遮光板２５が配設されており、同遮光板
２５は１次光のみを透過させる一対の透過孔２５ａ、２
５ｂを有していて、０次光及び２次光以上のレーザ光の
進行を遮断するので、一対の１次光のみが第２凸レンズ
２６に入射する。なお、第１凸レンズ２４の直径と２次
光以上のレーザ光の回折角度との関係により、２次光以
上のレーザ光であって第１凸レンズ２４に入射しないも
のはハウジング２１の内面にて吸収される。

このようにして第２凸レンズ２６に入射した一対の１次
光は同レンズ２６にて屈折され一対の平行なレーザ光と
して出射される。この出射された一対のレーザ光ＬＢＩ
、ＬＢ２は第２凸レンズ２６の前方にて交叉し、互いに
干渉し合って被測定物体Ｍの表面にピッチｄ／２の等間
隔の干渉縞を形成する。（ｄは回折格子２３のピッチ）
この干渉縞は、第４図に示すように、レーザ光ＬＢＩ。

ＬＢ２が交叉する範囲Ｌ（＝ａ−ｄ／λ）で形成される
ものであるので、この範囲り内に被測定物体Ｍの表面が
存在すれば、同表面には必ず前記等間隔の干渉縞が形成
される。これにより、被測定物体Ｍの表面にある程度大
きな凹凸があっても、また同物体Ｍが多少振動しても、
同物体Ｍの表面に形成される明暗の縞が不正確になるこ
とはない。

また、レーザ光ＬＢＩ、ＬＢ２は平行に直進するもので
あるので、同レーザ光ＬＢＩ、ＬＢ２の波面は、第４図
に示すように、同レーザ光ＬＢＩ。

ＬＢ２の進行方向に対ｌ−て直角かつ等間隔で進行する
ので、干渉縞は前記範囲り内で必ず平行かつ等間隔に形
成される。これにより、干渉縞が極めて精度よく形成さ
れる。

このように被測定物体Ｍの表面に等間隔の干渉縞が形成
されている状態において、同物体Ｍが干渉縞に対して直
角方向に移動しているとすると、同物体Ｍの表面の極め
て小さなきず及び凹凸、表面材質のむら等により同物体
Ｍの表面からの散乱光の状態が時間的に変化するととも
に、この変化は干渉縞の各編を単位として周期的なもの
となる。

このことは、被測定物体Ｍの表面の前記きず、凹凸、材
質むら等が等間隔に形成された干渉縞の明るい部分から
暗い部分を経て再度明るい部分に移動すれば、同きす、
凹凸、材質むら等が最初明るい部分にあった場合の散乱
光の状態が、同物体Ｍの移動に伴い同きす、凹凸、材質
むら等が次の明るい部分に到達した時点で再現されるこ
とからして容易に理解される。そして、被測定物体Ｍの
表面のある一点が干渉縞の１ピツチｄ／２を移動するた
めに必要な時間がＴｍであったとするならば、散乱光は
周期Ｔｍで変化することになる。

このようにして周期的に変化する散乱光は集光レンズ４
２により受光素子４３に集光され、同素子４３は散乱光
の強さを表す第６図のような周期Ｔ　ｍのアナログ信号
を出力する。このアナログ信号はＡ　、／　Ｄ変換器５
７にてディジタル信号に変換され、同ディジタル信号は
サンプリングデータＦ。

（１）としてＡ／Ｄ変換器５７から選択切換えスイッチ
５３により予め設定されたサンプリングロック信号φＳ
の１周期τ毎に出力される。この出力されたサンプリン
グデータＦ、（ｔ）に基づき、アキュムレータ６２ｏ、
６２□、６２□、６２３，６２４・・・６２２ｏｏは、
遅延回路５　〕ｓ　、　５８２　。

５８３．５８４　・・・５８２００及び乗算器６１ｏ。

６１□、６１２．６１３．６１４　　・・・６１２００
との協働により、選択切換えスイッチ５５により予め設
定された分周クロック信号φ２の１周期Ｐ・τ毎に自己
相関関数データＧ（０）、Ｇ（１）　、　Ｇ（２）、Ｇ
Ｄ）、Ｇ（４）　・・・Ｇ　（２００＞を計算し、該計
算されたデータＧ（０）　、　Ｇ（１）　、　Ｇ（２）
　、　Ｇ（３）、　Ｇ（４）　−−・Ｇ（２００）はう
’ソチ回路６３ｏ。

６３＋　、６３２．６３３．６３４　・・・６３２００
に記憶される。その結果、各ラッチ回路６３０゜６３＋
　、６３２．６３３．６３４　・・・６３２００に記憶
されている自己相関関数データＧ（０）　、　Ｇ（１）
　、　Ｇ（２＞　、　Ｇ（３）　、　Ｇ（４）・・・Ｇ
　（２００＞のうち、サンプリングデータＦ、（ｔ）の
２乗値を累算した値に等しい自己相関関数データＧ（０
）及び受光素子４３からのアナログ信号の周期Ｔｍに遅
延時間ｍτが等しい（第６図参照）自己相関関数データ
Ｇ（ｍ）（ｍは１から２００までの整数）は大きな値を
とるが、残りの自己相関関数データＧ（ｏ）（ｎは１か
ら２００までの整数のうちｍを除くもの）は、第６図に
示すように、各乗算値Ｆ、（ｔ）　。

Ｆ、（Ｌ−＋ｏτ）の正負の打消し合いにより小さな値
となる。

次に、ラッチ回路６３１，６３□、６３３，６３４・・
・６３□。０に記憶されている上記自己相関関数データ
Ｇ（１）　、　Ｇ（２）　、　Ｇ（３）　、Ｇ（４）・
・・Ｇ　（２００）とラッチ回路６’　３　ｏに記憶さ
れている自己相関関数データＧ（０）に基づき、除算器
６４＋、６４□、　６４３　、６４４・・・６４□。。

が各相関度データＧ（１）／Ｇ（０）　、　Ｇ（２＞／
Ｇ（０）　、　Ｇ（３）／Ｇ（０）、Ｇ（４＞／Ｇ（０
）　　・　・　・Ｇ　（２００）／Ｇ　（０）を各々算
出する。これらの相関度データＧ（１）／Ｇ（０）　、
　Ｇ（２）／Ｇ（０）　、　Ｇ（３）／Ｇ（０）　、　
Ｇ（４）／Ｇ（０）・・・Ｇ　（２００＞／Ｇ　（０）
は、比較器６５□、６５２．６５３．６５４　・・・６
５□ｏｏにて、相関度比較データメモリ６６から出力さ
れる基準相関度データＫに基づき評価され、同比較器６
５８，６５２．６５３．６５４　・・・６５２００は相
関度の高い場合すなわち自己相関関数データＧ（ｎ）の
大きい場合にのみ°゛１゛′を表す信号を優先回路６７
に出力する。この場合、前述したように、遅延時間ｍτ
に対応した自己相関関数データＧ　（ｍ）のみが大きな
値をとるので、同データＧ（ｍ）に対応した比較器６５
、のみが“１°°を表す信号を優先回路６７に出力する
。優先回路６７は比較器６５１からの前記信号を周期テ
ーブル６８に出力する。

周期テーブル６８は、この優先回路６７からの信号に基
づき、遅延時間ｍτに等しい周期Ｔｍを表す周期データ
を演算器６９に出力し、同演算器６９は同周期Ｔｍに応
じて移動速度■を演算し、該演算した速度■（・ｄ／２
・Ｔｍ）を表す速度データを表示器７１に出力する。表
示器７１は、この速度データに基づき、速度■（・ｄ／
２・Ｔｍ）を視覚的に表示する。このようにして、干渉
縞の１ピツチｄ／２を時間Ｔｍで移動する被測定物体Ｍ
の移動速度■・ｄ／２・Ｔｍが算出されかつ表示される
。

また、受光素子４３からのアナログ信号が正弦波に対し
て大きく歪んでいて、同信号中に基本周波数成分の他に
大きなレベルの高周波成分が含まれている場合には、各
ラッチ回路６３＋　、６３２　。

６３３．６３４・・・６３２００に記憶されている自己
相関関数データＧ　（１）、Ｇ　（２＞、Ｇ　（３）、
（３（４）　　・・・Ｇ　（２００）のうち、遅延時間
ｍτが整数倍関数となる複数の自己相関関数データが大
きな値となる。この場合、比較器６５８，６５□、６５
３゜６５４−・・６５２００の出力信号のうち複数のも
のが“′１″を表すことになるが、優先回路６７が機能
して遅延時間が最も長いすなわち基本周波数成分に対応
した比較器６５□、６５□、６５３゜６５４・・・６５
２００の出力信号のみを優先して周期テーブル６８に出
力するので、前記歪みとは無関係に基本周波数成分に対
応した値が移動速度■として確実に算出される。

さらに、被測定物体Ｍの移動速度Ｖが遅くて受光素子か
らのアナログ信号の周期Ｔが長いために、分周クロック
信号φ２の１周期では同周期Ｔの特定に必要な時間が確
保されないときには、選択切換えスイッチ５３を切換え
て分周比データメモリ５２ａから大きな値の分周比デー
タが可変分周器５２に供給されるようにする。これによ
り、サンプリングクロック信号φＳ及び分周クロック信
号φ、の周波数が低く、すなわち再出力信号φ５゜φ、
の周期が長くなり、長い時間に渡る自己相関関数データ
Ｇ（ｎ）の算出が可能となるので、被測定物体Ｍの移動
速度Ｖが遅くなっても、同速度■の計測が可能になる。

また、逆に被計測物体Ｍの移動速度Ｖが速く、サンプリ
ングレートが粗過ぎて受光素子４３からのアナログ信号
の周期Ｔを特定できないときには、選択切換えスイッチ
５３を切換えて分周比データメモリ５２ａから小さな値
の分周比データが可変分周器５２に供給されるようにす
る。これにより、サンプリングクロック信号φ５の周波
数すなわちサンプリングレートが高くなり、受光素子４
３からのアナログ信号の周期Ｔの特定が可能となるので
、被測定物体Ｍの移動速度Ｖが速くなっても、同速度Ｖ
の計測が可能となる。

さらに、受光素子４３からのアナログ信号の周期Ｔを特
定するためのサンプリングデータ数Ｐが少ないために、
同周期Ｔを精度よく特定できず、これに伴い被測定物体
Ｍの移動速度Ｖが精度よく計測できないときには、切換
えスイッチ５５を切換えて分周比データメモリ５４ａか
ら大きな値の分周比データが可変分周器５４に供給され
るようにする。これにより、分周クロック信号φ２の周
期Ｐ・τが長くなって、前記アナログ信号の周期Ｔを特
定するためのサンプリングデータ数が多くなり、すなわ
ち前記アナログ信号の多くの周期に渡り同信号の周期Ｔ
を特定することになるので、同周期Ｔすなわち被測定物
体Ｍの移動速度■を精度よく計測できるようになる。た
だし、この場合には、前記移動速度■の計測に必要な時
間は多くなる。逆に、被測定物体Ｍの移動速度■を短時
間で測定しない場合は、切換えスイッチ５５の切換えに
より分周比データメモリ５４ａから小さな値の分周比デ
ータが可変分周器５４に供給されるようにする。これに
より、上記とは逆に、分周クロック信号φ、の周期Ｐ・
τが短くなって、短時間で被測定物体Ｍの移動速度を計
測できるようになる。ただし、この場合には、移動速度
Ｖの計測精度は前記場合に比べて悪くなる。

上記動作説明からも理解できるように、上記実施例によ
れば、被計測物体Ｍの表面には、上述したように、平行
かつ等間隔の干渉縞が精度よく形成され、信号処理装置
５０がこの干渉縞に起因した散乱光に基づき同物体Ｍの
移動速度■を算出するようにしたので、前記移動速度Ｖ
が精度よく計測できる。

なお、上記実施例においては、回折１次光を利用して干
渉縞を形成するようにしたが、回折２次光又は回折３次
光以上のレーザ光を利用して干渉縞を形成するようにし
てもよい。この場合、遮光板２５の透過孔２５ａ、２５
ｂの位置を回折２次光又は回折３次光以上の集光位置に
設けるようにする。

また、上記実施例では周期Ｔを算出するために２００個
のサンプリングデータを利用したが、必要に応じてこの
サンプリングデータ数を増減することも可能である。こ
の場合、遅延回路２乗算器。

アキュムレータ、ラッチ回路、除算器及び比較器の数を
前記サンプリングデータ数に合わせるようにするととも
に、分周器５５の分周比を同サンプリングデータ数に合
わせるようにする。

また、上記実施例では複数の自己相関関数データの大き
なものを、除算器６４１，６４２．６４３．６４４　・
・・６４２０１）及び比較器６５＋　、６５２．６５３
．６５４　・・・６５２００を用いて決定するようにし
たが、自己相関関数データの最大値を最大値検出回路に
より検出するようにし、検出最大値に基づき周期Ｔを決
定するようにしてもよい。この場合、サンプリングに伴
う離散データに起因した誤差を修正するために、自己相
関関数データが最大となる遅延時間ｍτに対応した周期
Ｔｍのみならず、この最大値に隣接した両側の遅延時間
（＋＋＋−１）　ｖ：、（ｍ＋１）　τに対応した周期
Ｔ、、−，，Ｔ、ｍ＋１を用いて直線近似、例えば２等
辺三角形近似、又は前記周期”ｍ−１＋Ｔ＋＊、Ｔ＋＋
ａ＋１若しくはそれ以上の周期を用いて２次曲線近似、
３次曲線近似・・・等により修正周期Ｔｍ＊を算出する
ようにすれば、被計測物体Ｍの移動速度Ｖをより精度よ
く計測できるようになる。

また、上記実施例においては、ハード回路を用いてリア
ルタイムで被測定物体Ｍの移動速度Ｖを計測するように
したが、移動速度Ｖをリアルタイムで計測しなくてもよ
い場合又は同速度Ｖをそれ程短時間で計測する必要がな
い場合には、Ａ／Ｄ変換器５７からのサンプリングデー
タをコンピュータに取込み、同コンピュータにてプログ
ラム処理により被測定物体Ｍの移動速度■を算出するよ
うにすればよい。このコンピュータを用いた方法は上記
自己相関関数データの最大値を検出する上記実施例の変
形例においても同様に適用できる。

また、上記実施例及び変形例においては、自己相関関数
を用いて、受光素子４３からのアナログ信号に含まれる
周波数成分（又はその周期）を解析するようにしたが、
高速フーリエ変換、波形のゼロクロス又はピーク検出等
の方法により前記周波数成分（又はその周期）を解析す
るようにしてもよい。

また、上記実施例においては、レーザ光照射装置２０を
固定し、同装置２０に対して移動する被測定物体Ｍの移
動速度Ｖを計測するようにしたが、本発明でいう移動速
度Ｖとは同装置２０と同物体Ｍの相対速度Ｖを意味する
ものであり、本発明は同物体Ｍが固定されかつ同装置２
０が移動する場合又は同物体Ｍと同装置２０が共に移動
する場合にも適用される。

さらに、本発明に係る速度計測装置は、次のようにすれ
ば、加速度計測装置、移動距離計測装置及びすべり覚検
出装置としても応用できる。すなわち、 （１）算出した速度Ｖを微分するようにすれば、加速度
計測装置として利用できる。

（２）また、算出した速度Ｖを所定時間に渡って積分す
れば、所定時間内の物体の移動距離を計測する移動距離
計測装置としても利用できる。

（３）また、産業用ロボット等において、同ロボットハ
ンドが物をつかむ際、同ハンドに対する物体の移動速度
Ｖを上記計測装置で計測し、該計測移動速度ＶがＯより
大きくなったことを検出することにより、物体がロボッ
トハンドからすべったことを検出するすべり覚検出装置
としても利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ光を用いた速度計測装置の
一例を原理的に示す図、第２Ａ図乃至第２Ｃ図は第１図
のレーザ光照射装置及び受光素子の組付は状態を示す図
、第３図は第１図の信号処理装置の一例を示す図、第４
図は第１図のレーザ光照射装置により被測定物体の表面
に形成される干渉縞の状態を説明するための図、第５図
及び第６図は第３図の信号処理装置の動作を説明するた
めの図、並びに第７図は従来のレーザ光を用いた速度計
測装置におけるレーザ光照射装置を示す図である。 符号の説明 ２０・・・レーザ光照射装置、２１・・・ハウジング、
２２・・・レーザ光源、２３・・・回折格子、２４・・
・第１凸レンズ、２５・・・遮光板、２５ａ、２５ｂ・
・・透過孔、２６・・・第２凸ルンズ、４０・・−受光
装置、４３・・・受光素子、５０・・・信号処理装置、
５７・・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物体の表面にレーザ光を照射して同表面に光学的
   な明暗の縞を形成するレーザ光照射装置と、前記被測定
   物体の表面からの散乱光を受光して該受光した散乱光の
   強さを表す電気信号を出力する受光素子と、前記受光素
   子からの電気信号を電気的に処理して同電気信号に含ま
   れる周波数成分に基づき前記被測定物体の速度を算出す
   る信号処理装置とを備え、前記明暗の縞に対して略直角
   方向に移動する被測定物体の速度を計測するレーザ光を
   用いた速度計測装置において、前記レーザ光照射装置を
   、平行なレーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ
   光源の前方に配設された回折格子と、前記回折格子の前
   方であって各焦点距離の和に等しい間隔をおいて配設さ
   れた第１及び第２凸レンズと、前記第１及び第２凸レン
   ズの間であって前記第１凸レンズから同第１凸レンズの
   焦点距離に等しくかつ前記第２凸レンズから同第２凸レ
   ンズの焦点距離に等しい位置に配設され前記回折格子に
   て回折されたレーザ光のみを透過させる一対の透過孔を
   有する遮光板とにより構成したことを特徴とするレーザ
   光を用いた速度計測装置におけるレーザ光照射装置。