JPS63204182A - Method and apparatus for measuring laser doppler speed - Google Patents

Method and apparatus for measuring laser doppler speed

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JPS63204182A
JPS63204182A JP62036563A JP3656387A JPS63204182A JP S63204182 A JPS63204182 A JP S63204182A JP 62036563 A JP62036563 A JP 62036563A JP 3656387 A JP3656387 A JP 3656387A JP S63204182 A JPS63204182 A JP S63204182A
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JP
Japan
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polarized
light
measured
polarized light
moving speed
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Application number
JP62036563A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Motohito Hino
元人 日野
Yoshinori Bessho
別所 芳則
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63204182A publication Critical patent/JPS63204182A/en
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Abstract

PURPOSE:To achieve a highly accurate measurement of a moving speed, by determining each one of 2-D wise components based on a Doppler shift of scattered light caused by the irradiation of polarized lights orthogonal to each other. CONSTITUTION:A laser beam from a laser oscillator 10 is divided by a polarized beam splitter 12 into two polarized lights orthogonal to each other. The polarized lights are made parallel through a polarized beam splitter 18 via mirrors 14 and 26 and beam splitters 16 and 28 and projected via a condenser lens 22 along with a polarized light positioned therein onto the point A on an object 24 to be measured along the optical axis thereof. A reflected scattered light is mixed with one of the polarized lights divided in two before the irradiation by a beam splitter 30 via a beam splitter 2 and divided in two with a beam splitter 32 to be detected with photo sensors 36 and 40 through lenses 34 and 38. A moving speed of the object 24 being measured is calculated with an arithmetic unit 42 thereby enabling highly accurate measurement.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はレーザドツプラ速度測定方法および装置に関し
、特に、被測定物の移動速度の二次元方向成分を同時に
測定する技術に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to a laser Doppler velocity measuring method and apparatus, and more particularly to a technique for simultaneously measuring two-dimensional components of the moving velocity of an object to be measured.

従来技術 運動中の被測定物にレーザ光を照射すると、その被測定
物からの反射光はドツプラシフトを受けている。このよ
うな性質を利用して被測定物からの光の周波数変化を検
知することにより被測定物の移動速度を測定するレーザ
ドツプラ速度測定方法が考えられている。この場合、散
乱光の微小な周波数変化を求めるためには測定分解能の
非常に高い光センサを用いる必要があるため、通常は、
ト記ドツプラシフトに対応した基準光とのビート周波数
或いは散乱光相互のビート周波数が検出される。
BACKGROUND ART When a laser beam is irradiated onto a moving object, the light reflected from the object undergoes a Doppler shift. A laser Doppler velocity measurement method has been proposed that utilizes such properties to measure the moving speed of an object by detecting changes in the frequency of light from the object. In this case, it is necessary to use an optical sensor with extremely high measurement resolution to determine minute frequency changes in the scattered light, so normally,
The beat frequency with the reference light corresponding to the Doppler shift described above or the mutual beat frequency of the scattered light is detected.

発明が解決すべき問題点 ところで、従来のレーザドツプラ速度測定方法は、たと
えば、第3図に示す装置を用いて実行されているため、
被測定物の一次元方向における移動速度しか検出できな
かった。すなわち、第3図において、レーザ発振器11
0から放射されたレーザ光はビームスプリッタ112に
おいて2分され、一方のレーザ光はミラー114により
光路が変換されて被測定物116に方向ベクトルj、の
方向で入射させられる。他方のレーザ光はミラー118
および120により光路が変換されて方向ヘクトルT2
の方向で被測定物116に上記と同じ入射点に入射させ
られる。被測定物116からの散乱光はミラー122お
よび集光レンズ124により導かれて光センサ126に
より検出される。
Problems to be Solved by the Invention By the way, the conventional laser Doppler velocity measurement method is carried out using, for example, the apparatus shown in FIG.
Only the moving speed of the object to be measured in one dimension could be detected. That is, in FIG. 3, the laser oscillator 11
The laser beam emitted from 0 is split into two by a beam splitter 112, and the optical path of one of the laser beams is converted by a mirror 114 and is made to enter the object to be measured 116 in the direction of the direction vector j. The other laser beam is sent to the mirror 118
and 120, the optical path is transformed into a direction hector T2
The light is made to enter the object to be measured 116 at the same incident point as above in the direction of . Scattered light from the object to be measured 116 is guided by a mirror 122 and a condensing lens 124 and detected by an optical sensor 126.

この先センサ126により観測される散乱光は、方向へ
クトルj、に沿って入射されたレーザ光の散乱光であっ
て被測定物116の移動速度と関連したドツプラシフト
を受けたものと、方向ベクトルj2に沿って入射された
レーザ光の散乱光であって被測定物116の移動速度と
関連したドツプラシフトを受けたものとが干渉した結果
合成された合成散乱光となる。このため、上記光センサ
126により検出される合成散乱光には、それぞれの散
乱光の周波数の差から、被測定物116の移動速度に対
応したビート周波数が生じている。このビート周波数は
被測定物116の方向ベクトル(L  L)方向の移動
速度、すなわち被測定物116の移動速度の方向ベクト
ル(L  L)の方向成分に対応したものであるので、
このビート周波数に基づいて算出する上記従来の測定方
式では、被測定物116の一次元方向の移動速度しか測
定できないのである。
The scattered light observed by the sensor 126 is the scattered light of the laser light incident along the direction vector j, which has undergone a Doppler shift related to the moving speed of the object to be measured 116, and the scattered light of the laser light incident along the direction vector j2. Scattered light of the laser light incident along the direction , which has undergone a Doppler shift related to the moving speed of the object to be measured 116 , interferes with each other, resulting in composite scattered light. Therefore, the combined scattered light detected by the optical sensor 126 has a beat frequency corresponding to the moving speed of the object to be measured 116 due to the difference in frequency between the respective scattered lights. This beat frequency corresponds to the moving speed of the object to be measured 116 in the direction vector (LL), that is, the directional component of the moving speed of the object to be measured 116 in the direction vector (L L).
The conventional measurement method described above, which calculates based on this beat frequency, can only measure the moving speed of the object to be measured 116 in one dimension.

したがって、従来のレーザドツプラ速度測定方法におい
ては、被測定物の移動速度を高精度にて測定しようとす
る場合に被測定物の移動方向と測定装置の測定方向、す
なわち上記方向ベクトル(L  L)方向とを正確に一
致させねばならず、また、測定中に被測定物の移動方向
が変化した場合には移動速度測定が困難となる不都合が
あった。
Therefore, in the conventional laser Doppler speed measurement method, when trying to measure the moving speed of an object to be measured with high precision, it is necessary to combine the moving direction of the object to be measured and the measurement direction of the measuring device, that is, the direction of the above-mentioned direction vector (L L). must be made to match accurately, and if the moving direction of the object to be measured changes during measurement, it becomes difficult to measure the moving speed.

問題点を解決するための第1の手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その要旨とするところは、被測定物をレーザ光にて照射
したときに該被測定物から得られる散乱光のドツプラシ
フトに基づいて該被測定物の移動速度を求めるレーザド
ツプラ速度測定方法であって、(R)共通のレーザ光か
ら得た互いに直交する偏光面を備えた第1偏光および第
2偏光を所定の照射条件下で前記被測定物に照射する工
程と、(bl前記被測定物からの散乱光から、前記第1
偏光および第2偏光に対応した第1偏光散乱光および第
2偏光散乱光をそれぞれ選別する工程と、(C1前記第
1偏光散乱光のドツプラシフトに基づいて前記被測定物
の移動速度の二次元方向成分の一方を決定し、前記第2
偏光散乱光のドツプラシフトに基づいて該二次元方向成
分の他方を決定する工程とを、含むことにある。
First Means for Solving the Problems The present invention has been made against the background of the above circumstances.
The gist is a laser Doppler speed measurement method for determining the moving speed of an object based on the Doppler shift of scattered light obtained from the object when the object is irradiated with a laser beam, (R) A step of irradiating the object to be measured with first polarized light and second polarized light having mutually orthogonal polarization planes obtained from a common laser beam under predetermined irradiation conditions; From the scattered light, the first
(C1) determining the two-dimensional direction of the moving speed of the object based on the Doppler shift of the first polarized scattered light; determining one of the components;
and determining the other of the two-dimensional directional components based on the Doppler shift of the polarized scattered light.

作用および第1発明の効果 このようにすれば、互いに直交する偏光面を備えた第1
偏光および第2偏光が所定の照射条件下で前記被測定物
に照射され、その被測定物からの散乱光から前記第1偏
光および第2偏光に対応した第1偏光散乱光および第2
偏光散乱光が選択され、そして、第1偏光散乱光のドツ
プラシフトに基づいて前記被測定物の移動速度の二次元
方向成分の一方が決定され、且つ、前記第2偏光散乱光
のドツプラシフトに基づいて該二次元方向成分の他方が
決定される。
Operation and Effect of the First Invention By doing this, the first light beam having mutually orthogonal polarization planes can be
The polarized light and the second polarized light are irradiated onto the object to be measured under predetermined irradiation conditions, and from the scattered light from the object to be measured, first polarized scattered light and second polarized light corresponding to the first polarized light and the second polarized light are generated.
polarized scattered light is selected, one of the two-dimensional direction components of the moving speed of the object is determined based on the Doppler shift of the first polarized scattered light, and one of the two-dimensional direction components of the moving speed of the object is determined based on the Doppler shift of the second polarized scattered light. The other of the two-dimensional directional components is determined.

したがって、上記被測定物の移動速度の二次元方向成分
の一方および他方が同時に決定されるので、被測定物の
移動方向と測定装置の測定方向、たとえば前記方向ベク
トル(7z  7+)方向とを正確に一致させる必要が
なく、また、測定中の被測定物の移動方向が変化したと
しても、被測定物の移動速度を高精度にて測定すること
ができるのである。
Therefore, since one and the other of the two-dimensional direction components of the moving speed of the object to be measured are determined simultaneously, the moving direction of the object to be measured and the measurement direction of the measuring device, for example, the direction of the direction vector (7z 7+), can be accurately determined. Furthermore, even if the moving direction of the object to be measured changes during measurement, the moving speed of the object to be measured can be measured with high accuracy.

問題点を解決するための第2の手段 また、上記第1発明を好適に実施するための態様の要旨
とするところは、被測定物をレーザ光にて照射したとき
に該被測定物から反射される散乱光のドツプラシフトに
基づいて該被測定物の移動速度の二次元方向成分を同時
に求めるレーザドツプラ速度測定装置であって、(a)
共通のレーザ光から互いに直交する偏光面を備えた第1
偏光および第2偏光を発生させるレーザ光出力装置と、
(bl前記第1偏光を前記被測定物に向かって照射する
とともに、その第1偏光を含む平面内において該第1偏
光に対して予め定められた一定の角度だけ傾斜した2本
のビームにて該第1偏光の両側からその照射点に向かっ
て前記第2偏光を照射するレーザ光照射手段と、(C)
前記被測定物からの散乱光から、前記第1偏光および第
2偏光に対応した第1偏光散乱光および第2偏光散乱光
を選別する選別手段と、fdl前記第1偏光散乱光と前
記第1偏光との干渉によるビート周波数に基づいて前記
平面内の前記第1偏光の照射方向における前記被測定物
の移動速度を決定するとともに、前記第2偏光散乱光間
の干渉によるビート周波数に基づいて前記平面内の前記
第1偏光の照射方向に直角な方向における前記被測定物
の移動速度を決定する速度決定手段と、を含むことにあ
る。
Second Means for Solving the Problem Furthermore, the gist of a preferred embodiment of the first invention is that when an object to be measured is irradiated with a laser beam, the laser beam is reflected from the object to be measured. A laser Doppler speed measurement device that simultaneously obtains a two-dimensional direction component of the moving speed of the object based on the Doppler shift of scattered light, the device comprising: (a)
A first beam with polarization planes orthogonal to each other from a common laser beam.
a laser light output device that generates polarized light and second polarized light;
(bl) The first polarized light is irradiated toward the object to be measured, and two beams are tilted at a predetermined angle with respect to the first polarized light in a plane including the first polarized light. (C) laser beam irradiation means for irradiating the second polarized light from both sides of the first polarized light toward the irradiation point;
a sorting means for sorting a first polarized scattered light and a second polarized scattered light corresponding to the first polarized light and the second polarized light from the scattered light from the object to be measured; Determining the moving speed of the object in the irradiation direction of the first polarized light in the plane based on the beat frequency due to interference with the polarized light, and determining the moving speed of the object in the irradiation direction of the first polarized light in the plane based on the beat frequency due to interference between the second polarized scattered lights. The method further includes a speed determining means for determining a moving speed of the object to be measured in a direction perpendicular to the irradiation direction of the first polarized light in a plane.

作用および第2発明の効果 このようにすれば、被測定物からの第1偏光散乱光とそ
の被測定物を照射する前の第1偏光との干渉によるビー
ト周波数に基づいて、被測定物に向かう第1偏光を含む
平面内のその第1偏光の照射方向における前記被測定物
の移動速度が決定されるとともに、その平面内における
前記2木のビームに沿って第1偏光の両側からその照射
点に向かって照射される第2偏光の散乱光相互の干渉に
より発生ずるビート周波数に基づいて、上記平面内の第
1偏光の照射方向に直角な方向における前記被測定物の
移動速度が決定される。すなわち、上記平面内における
第1偏光の照射方向とこれに直交する方向との二次元方
向における被測定物の移動速度が測定されるのである。
Operation and effect of the second invention In this way, the object to be measured is illuminated based on the beat frequency caused by the interference between the first polarized scattered light from the object to be measured and the first polarized light before irradiating the object to be measured. The moving speed of the object in the irradiation direction of the first polarized light in a plane containing the first polarized light is determined, and the object is irradiated from both sides of the first polarized light along the two beams in the plane. The moving speed of the object to be measured in the direction perpendicular to the irradiation direction of the first polarized light in the plane is determined based on the beat frequency generated by mutual interference of the scattered lights of the second polarized light irradiated toward the point. Ru. That is, the moving speed of the object to be measured is measured in a two-dimensional direction between the irradiation direction of the first polarized light and the direction orthogonal to the irradiation direction within the plane.

したがって、被測定物の移動方向と測定装置の測定方向
とを正確に一致させる必要がなく、また、測定中の被測
定物の移動方向が前記平面内において変化したとしても
、被測定物の移動速度を高精度にて測定することができ
るのである。
Therefore, it is not necessary to precisely match the moving direction of the object to be measured and the measuring direction of the measuring device, and even if the moving direction of the object to be measured changes within the plane, Speed can be measured with high precision.

実施例 第1図において、レーザ発振器10から放射されたレー
ザ光は偏光ビームスプリッタ12により互いに直交する
偏光面を備えた直線偏光であるP偏光LPおよびS偏光
L5に2分され、P偏光Lpはマ方向へS偏光LSはブ
方向へ進む。この後、P偏光LPはミラー14において
j方向へ反射され且つビームスプリッタ16に入射し、
ブ方向において平行な2本のビームに分割される。この
ようにして分割された2木の平行なP偏光LPは、偏光
ビームスプリッタ18およびビームスプリッタ20を直
進し、集光レンズ22により被測定物24上の一点Aに
所定の角度で集光される。
Embodiment In FIG. 1, a laser beam emitted from a laser oscillator 10 is split into two by a polarizing beam splitter 12 into P-polarized light LP and S-polarized light L5, which are linearly polarized lights with mutually orthogonal polarization planes, and the P-polarized light Lp is The S polarized light LS travels in the direction B. After that, the P-polarized light LP is reflected in the j direction by the mirror 14 and enters the beam splitter 16,
The beam is split into two parallel beams in the beam direction. The two trees of parallel P-polarized light LP thus divided travel straight through the polarizing beam splitter 18 and the beam splitter 20, and are focused by the condensing lens 22 onto a point A on the object to be measured 24 at a predetermined angle. Ru.

」−記偏光ビームスプリッタ12.18および後述の3
2は、良く知られたものであって、その人射面に平行な
偏光面を備えたP偏光を通過させ且つ入射面に垂直な偏
光面を備えたS偏光を反射させる。この入射面とは、入
射光線、入射点の面法線、反射光線若しくは屈折光線を
含む平面である。
”-Polarizing beam splitter 12.18 and 3 described below
2 is well known and allows P-polarized light with a polarization plane parallel to the plane of incidence to pass therethrough, and reflects S-polarization light with a polarization plane perpendicular to the incident plane. This plane of incidence is a plane that includes the incident ray, the surface normal of the point of incidence, the reflected ray, or the refracted ray.

また、上記ビームスプリッタ16は、一対のプリズムを
貼り合わせて構成されており、その貼り合わせ面におい
て略半分の光量にて入射ビームを分割し、分割された2
本のビームが互いに平行となるように屈折させる。また
、」−記ビームスプリッタ20、後述のビームスプリッ
タ28および30は所謂ハーフミラ−と同様の機能を備
えたものであって、入射光の一部を透過させ且つ残りを
反射させる。
The beam splitter 16 is constructed by bonding a pair of prisms together, and splits the incident beam into approximately half the amount of light on the bonded surface.
Refract the book beams so that they are parallel to each other. Furthermore, the beam splitter 20 described in "-" and the beam splitters 28 and 30 described below have a function similar to that of a so-called half mirror, and transmit a part of the incident light and reflect the rest.

前記偏光ビームスプリッタ12によって反則されたS偏
光り、はミラー26により父方向へ進み、ビームスプリ
ッタ28を透過したものが偏光ビームスプリンタ18に
おいて父方向へ反射される。
The S-polarized light reflected by the polarizing beam splitter 12 travels in the positive direction by the mirror 26, and the light transmitted through the beam splitter 28 is reflected in the positive direction by the polarizing beam splitter 18.

この父方向へ反射されたS偏光L5は、父方向において
互いに平行な2本のP偏光Ll、の中間に位置させられ
、ビームスプリッタ20および集光しンズ22を通りそ
の集光レンズ22の光軸に沿って被測定物24上の一点
Aに照射される。すなわち、集光レンズ22から被測定
物24上の一点Aに向かうS偏光T、gを含む平面内に
おいて、予め定められた一定の角度θだけ集光レンズ2
2の光軸に対して傾斜した2木のビームにてP偏光Lp
がS偏光LSの両側からその照射点Aに向かって照射さ
れるのである。したがって、本実施例では、ミラー14
.26、ビームスプリッタ16、偏光ビームスプリッタ
18、集光レンズ22が、上記条件下で2本のP偏光L
pおよびS偏光Lsを照射点Aに向かって照射させるレ
ーザ光照射手段として機能し、レーザ発振器10および
偏光ビームスプリンタ12が、互いに垂直なS偏光り、
およびP偏光Lpを発生させるレーザ光出力装置として
機能するのである。
The S-polarized light L5 reflected in the father direction is located between the two P-polarized lights Ll that are parallel to each other in the father direction, and passes through the beam splitter 20 and the condenser lens 22, and the light from the condenser lens 22 One point A on the object to be measured 24 is irradiated along the axis. That is, in a plane including S-polarized light T and g directed from the condenser lens 22 toward a point A on the object to be measured 24, the condenser lens 2
P-polarized light Lp with two beams tilted with respect to the optical axis of
is irradiated toward the irradiation point A from both sides of the S-polarized light LS. Therefore, in this embodiment, the mirror 14
.. 26, the beam splitter 16, the polarizing beam splitter 18, and the condensing lens 22 split the two P-polarized lights L under the above conditions.
The laser oscillator 10 and the polarization beam splinter 12 function as a laser beam irradiation means for irradiating p- and S-polarized light Ls toward the irradiation point A, and the laser oscillator 10 and polarization beam splinter 12 emit S-polarized light Ls perpendicular to each other.
It also functions as a laser light output device that generates P-polarized light Lp.

被測定物24上の一点Aから反射された散乱光は、集光
レンズ22によって集められるとともに平行化され、ビ
ームスプリッタ20により−父方向へ取り出される。こ
の散乱光には、2本のP偏1  つ 光Lpがそれぞれ散乱された2種類のP偏光散乱光Lp
sと、S偏光Lsが散乱されたS偏光散乱光L ssと
が含まれている。このようにS偏光散乱光Lssと2種
類のP偏光散乱光Lpsとを含む散乱光には、ビームス
プリッタ30により照射前のS偏光Lsが混入されると
ともに、その後には、本実施例において選別手段として
機能する偏光ビームスプリンタ32によりP偏光成分と
S偏光成分とに2分される。そして、P偏光成分である
」二記2種類のP偏光散乱光Lpsはレンズ34を通し
て光センサ36により検出され、S偏光成分である上記
S偏光散乱光L ssと照射前のS偏光I、Sはレンズ
38を通して光センサ40により検出される。
Scattered light reflected from one point A on the object to be measured 24 is collected by the condensing lens 22 and parallelized, and taken out by the beam splitter 20 in the negative direction. This scattered light includes two types of P-polarized scattered light Lp, in which two P-polarized lights Lp are scattered, respectively.
s and S-polarized scattered light L ss obtained by scattering the S-polarized light Ls. In this way, the scattered light including the S-polarized scattered light Lss and the two types of P-polarized scattered light Lps is mixed with the S-polarized light Ls before irradiation by the beam splitter 30, and is then sorted in this embodiment. A polarization beam splinter 32 serving as a means splits the light into a P polarization component and an S polarization component. Then, the two types of P-polarized scattered light Lps, which are P-polarized light components, are detected by the optical sensor 36 through the lens 34, and the S-polarized scattered light Lss, which is the S-polarized light component, and the S-polarized light I, S before irradiation are detected by the optical sensor 36. is detected by the optical sensor 40 through the lens 38.

上記のように被測定物24からの散乱光に含まれる2種
類のP偏光散乱光Lpsは、上記光センサ36により検
出されるが、それら2種類のP偏光散乱光I−psは被
測定物24の父方向の移動速度VXに対応したドツプラ
シフトを受けているため、それらの2種類のP偏光散乱
光L ps相互の干渉の結果として観測される合成散乱
光には被測定物241乙 の移動速度に対応したビート周波数rbxが含まれ、そ
のビート周波数rbxが光センサ36により検出される
。そして、本実施例において速度決定手段として機能す
る演算装置42では、そのビート周波数fbXに基づい
て被測定物24の移動速度ずつが算出される。すなわち
、前記集光レンズ22から被測定物24の一点Aへ向か
う2本のP偏光Lpの方向をそれぞれ71および′f2
とすると、それら2本のP偏光しいにより発生する2種
類のP偏光散乱光L2sの周波数f□1およびf 11
52はそれぞれドツプラシフトを受けているため、次式
(1)および(2)に従って表される。
As described above, the two types of P-polarized scattered light Lps included in the scattered light from the object to be measured 24 are detected by the optical sensor 36, but these two types of P-polarized scattered light I-ps are 24, the synthesized scattered light observed as a result of mutual interference between the two types of P-polarized scattered light L ps has a Doppler shift corresponding to the moving speed VX in the direction of the measured object 241. A beat frequency rbx corresponding to the speed is included, and the beat frequency rbx is detected by the optical sensor 36. The arithmetic device 42, which functions as a speed determining means in this embodiment, calculates the moving speed of the object to be measured 24 based on the beat frequency fbX. That is, the directions of the two P-polarized lights Lp heading from the condensing lens 22 toward one point A of the object to be measured 24 are 71 and 'f2, respectively.
Then, the frequencies f□1 and f11 of the two types of P-polarized scattered light L2s generated by these two P-polarized lights are
52 are each subjected to a Doppler shift, so they are expressed according to the following equations (1) and (2).

但し、Cは光速、f、はP偏光Lpの周波数、Vは散乱
光の方向ベクトルである。
However, C is the speed of light, f is the frequency of the P-polarized light Lp, and V is the direction vector of the scattered light.

そして、光センサ36によって検出されるビート周波数
rhxは、上記2種類のP偏光散乱光り、)9の周波数
rps+およびf’s。の差であるから、次式(3)に
て表される。
The beat frequency rhx detected by the optical sensor 36 is the frequency rps+ and f's of the two types of P-polarized scattered light, )9. Since it is the difference between , it is expressed by the following equation (3).

fbx”i (fo /C)vx  ・ (L  L 
)・・・(3) この(3)式において、foおよびCは既知であり、1
゜および1.は集光レンズ22の被測定物24に対する
集光条件から事前に求められ得、またfbxは観測され
るものであるから、それらの値を用いて被測定物24の
移動速度VXが算出され得る。
fbx"i (fo /C)vx ・ (L L
)...(3) In this equation (3), fo and C are known, and 1
゜and 1. can be determined in advance from the condensing conditions for the object 24 of the condenser lens 22, and since fbx is observed, the moving speed VX of the object 24 can be calculated using these values. .

前記演算装置42の記憶部には、上記(3)式、および
f。、C1(7z −7+ )が予め記憶されており、
光センサ36によって検出されたビート周波数f bX
に基づいて移動速度vXが決定される。この移動速度v
Xの方向はj2および7Iを含む平面内であって集光レ
ンズ22の光軸に直交する方向(′f2−11)、すな
わちf方向である。
The storage unit of the arithmetic unit 42 stores the above formula (3) and f. , C1(7z −7+) are stored in advance,
Beat frequency f bX detected by optical sensor 36
The moving speed vX is determined based on. This movement speed v
The direction of X is a direction ('f2-11) within a plane including j2 and 7I and perpendicular to the optical axis of the condenser lens 22, that is, the f direction.

一方、被測定物24からの散乱光に含まれるS偏光散乱
光L ssは、前述のように光センサ4oにより検出さ
れるが、そのS偏光散乱光L ssは被測定物24の父
方向の移動速度に対応したドツプラシフトを受けている
ため、ビームスプリッタ3゜により混入されたS偏光L
sとの干渉の結果としての合成散乱光には被測定物24
の父方向の移動速度に対応したビート周波数fbzが光
センサ40により観測される。そして、演算装置42で
は、そのビート周波数fbzに基づいて被測定物24の
父方向の速度が算出される。すなわち、S偏光り、。
On the other hand, the S-polarized scattered light L ss included in the scattered light from the object to be measured 24 is detected by the optical sensor 4o as described above. Since it is subjected to a Doppler shift corresponding to the moving speed, the S-polarized light L mixed by the beam splitter 3°
The synthesized scattered light as a result of interference with s includes the object to be measured 24
A beat frequency fbz corresponding to the moving speed in the father direction is observed by the optical sensor 40. Then, the calculation device 42 calculates the velocity of the object to be measured 24 in the forward direction based on the beat frequency fbz. That is, S polarization.

に関して、光センサ40に到達するまでの光路の変化量
は被測定物24の移動量の2倍であるから、被測定物2
4の父方向の移動速度をv2とすると、光センサ40に
よって検出されるビート周波数fb2は次式(4)によ
り表される。
Regarding, since the amount of change in the optical path until reaching the optical sensor 40 is twice the amount of movement of the object to be measured 24,
When the moving speed of 4 in the father direction is v2, the beat frequency fb2 detected by the optical sensor 40 is expressed by the following equation (4).

fb−= 2 f o  (’;’2/ C)   ・
・・(41従って、演算装置42の記憶部には、上記(
4)式、S偏光L5の周波数f。および光速Cが予め記
憶されており、それらから光センサ40により求められ
たビート周波数fbzに基づいて被測定物24の7方向
の移動速度v2が決定される。
fb-=2 fo (';'2/C) ・
...(41 Therefore, the storage section of the arithmetic unit 42 contains the above (
4) Formula, frequency f of S-polarized light L5. and the speed of light C are stored in advance, and the moving speed v2 of the object to be measured 24 in seven directions is determined based on the beat frequency fbz determined by the optical sensor 40 from them.

そして、以上のように、被測定物24の父方向の移動速
度V、および父方向の移動速度v2が決定されると、そ
れらから被測定物24の移動速度V (−vX’+V、
 )が算出されるのである。
As described above, when the moving speed V of the object 24 in the father direction and the moving speed v2 in the father direction are determined, the moving speed V (-vX'+V,
) is calculated.

このように、本実施例によれば、互いに直交する偏光面
を備えたS偏光り、およびP偏光LPが所定の照射条件
下で被測定物24に照射され、その被測定物24からの
散乱光から上記S偏光LsおよびP偏光Lpに対応した
S偏光散乱光LssとP偏光散乱光L psとが選択さ
れ、そして、S偏光散乱光L ssのドツプラシフトに
基づいて被測定物24の移動速度Vの二次元方向成分の
一方v2が決定され、且つ、P偏光散乱光LpSのドツ
プラシフトに基づいて上記二次元方向成分の他方VXが
決定される。このように、被測定物24の移動速度の二
次元方向成分の一方v2および他方7Xが同時に決定さ
れるので、被測定物24の実際の移動方向と測定装置の
測定方向とを正確に一致させる必要がなく、また、測定
中の被測定物の移動方向が変化したとしても、被測定物
24の移動速度Vを高精度にて測定することができるの
である。
As described above, according to this embodiment, the S-polarized light and the P-polarized light LP, which have planes of polarization perpendicular to each other, are irradiated onto the object to be measured 24 under predetermined irradiation conditions, and the scattering from the object to be measured 24 is performed. S-polarized scattered light Lss and P-polarized scattered light Lps corresponding to the S-polarized light Ls and P-polarized light Lp are selected from the light, and the moving speed of the object to be measured 24 is determined based on the Doppler shift of the S-polarized scattered light Lss. One of the two-dimensional direction components v2 of V is determined, and the other two-dimensional direction component VX is determined based on the Doppler shift of the P-polarized scattered light LpS. In this way, since one of the two-dimensional direction components v2 and the other 7X of the moving speed of the object to be measured 24 are determined at the same time, the actual moving direction of the object to be measured 24 and the measurement direction of the measuring device can be accurately matched. This is not necessary, and even if the moving direction of the object to be measured changes during measurement, the moving speed V of the object to be measured 24 can be measured with high accuracy.

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, parts common to those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

前述の実施例では、被測定物24の移動速度Vが方向ベ
クトルマおよびアを含む平面内において求められていた
が、被測定物24の移動速度Vが方向ベクトルマおよび
Yを含む平面内において求められることもできる。この
場合には、前述の第1図の実施例のS偏光LsがP偏光
Lpの場合と同様に、集光レンズ22の光軸Jに対して
所定の角度を成した2木のビームに沿って被測定物24
に対して照射される。第2図はその要部を示している。
In the above embodiment, the moving speed V of the object to be measured 24 was determined in a plane including the direction vectors M and A, but the moving speed V of the object to be measured 24 was determined in a plane including the direction vectors M and Y. You can also do that. In this case, as in the case where the S-polarized light Ls is the P-polarized light Lp in the embodiment shown in FIG. Object to be measured 24
irradiated against. Figure 2 shows the main part.

それら2木のS偏光Lsのビームは、通常、2木のP偏
光Lpのビームが含まれる平面と光軸Jにおいて直交す
る第2平面内、すなわち方向へクトルブおよびアが含ま
れる平面内に位置させられる。このため、2本のS偏光
り、の照射ビームの方向ベクトルを1.およびj4とす
ると、それら2本のS偏光LSの照射ビームに対応した
2種類のS偏光散乱光L ssは被測定物24のブ方向
の移動速度Vyに対応したドツプラシフトを受けている
ため、それらの2種類のS偏光散乱光L ss相互の干
渉の結果として観測される合成散乱光には被測定物24
の移動速度に対応したビート周波数f byが含まれ、
そのビート周波数f、yが光センサ40により検出され
る。なお、本実施例の場合にはビームスプリッタ28お
よび30が除去される。
These two beams of S-polarized light Ls are usually located within a second plane that is perpendicular to the plane containing the two beams of P-polarized light Lp in the optical axis J, that is, in a plane that contains the directions Hectorb and A. I am made to do so. Therefore, the direction vector of the two S-polarized irradiation beams is set to 1. and j4, the two types of S-polarized scattered light L ss corresponding to the irradiation beams of these two S-polarized lights LS are subjected to a Doppler shift corresponding to the moving speed Vy of the object to be measured 24 in the direction B. The combined scattered light observed as a result of mutual interference between the two types of S-polarized scattered light L ss includes the object to be measured 24
includes a beat frequency f by corresponding to the moving speed of
The beat frequencies f and y are detected by the optical sensor 40. Note that in the case of this embodiment, the beam splitters 28 and 30 are removed.

そして、前記(3)式と同様の次式(4)から、上記ビ
ート周波数f byに基づいて被測定物24の移動速度
vyが演算装置42によって算出される。
Then, the moving speed vy of the object to be measured 24 is calculated by the calculation device 42 from the following equation (4), which is similar to the above equation (3), based on the beat frequency f by.

f by#(f o / C) ”;y  ’  (T
4〜L)・ ・ ・(4) 以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。
f by #(f o / C) ”;y' (T
4-L)...(4) One embodiment of the present invention has been described above based on the drawings, but
The invention also applies in other aspects.

たとえば、前述の実施例では、被測定物24から集光レ
ンズ22側へ反射される散乱光に基づいて被測定物24
の移動速度が算出されているが、集光レンズ22と反対
側へ透過される散乱光に基づいても被測定物24の移動
速度が決定され得る。
For example, in the above-described embodiment, the object to be measured 24 is
Although the moving speed of the object to be measured 24 has been calculated, the moving speed of the object to be measured 24 can also be determined based on the scattered light transmitted to the side opposite to the condenser lens 22.

被測定物24が細かな粒子などである場合にはこの方法
が好適に用いられる。
This method is preferably used when the object to be measured 24 is a fine particle or the like.

また、第1図に示す実施例と第2図に示す実施例とを組
み合わせることにより、被測定物24の移動速度の三次
元方向成分を同時に測定できるようにしても良いのであ
る。
Further, by combining the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 2, the three-dimensional direction components of the moving speed of the object to be measured 24 may be simultaneously measured.

また、前記レーザ発振器10から出力されるレーザ光の
周波数を光周波数シフタにて変調し、このように変調さ
れた周波数のレーザ光を用いて被測定物24の移動速度
を測定するようにしてもよい。
Alternatively, the frequency of the laser beam output from the laser oscillator 10 may be modulated by an optical frequency shifter, and the moving speed of the object to be measured 24 may be measured using the laser beam having the frequency modulated in this manner. good.

また、前述の実施例において、ビームスプリッタ16に
より分割された互いに平行な2本のP偏光LPのビーム
が含まれる平面と方向ベクトルマおよびjが含まれる平
面とが一致させられていたが、必ずしも一致させなくて
もよいのである。
Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the plane containing the two mutually parallel P-polarized light LP beams split by the beam splitter 16 was made to coincide with the plane containing the direction vectors ma and j, but they do not necessarily coincide. You don't have to do it.

また、前述の実施例において、レンズ、ミラー、スリッ
ト、ビームスプリッタなどの他の光学素子が必要に応じ
て適宜設けられても差支えないのである。
Furthermore, in the embodiments described above, other optical elements such as lenses, mirrors, slits, beam splitters, etc. may be provided as appropriate.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。
Note that the above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成を説明する斜視図であ
る。第2図は本発明の他の実施例の要部を説明する図で
ある。第3図は従来のレーザドツプラ速度測定装置を説
明する図である。 24:被測定物 32:偏光ビームスプリッタ(選別手段)42:演算装
置(速度決定手段) 出願人  ブラザー工業株式会社 第2図 第3図
FIG. 1 is a perspective view illustrating the configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a main part of another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional laser Doppler velocity measuring device. 24: Object to be measured 32: Polarizing beam splitter (selecting means) 42: Arithmetic device (speed determining means) Applicant Brother Industries, Ltd. Figure 2 Figure 3

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被測定物をレーザ光にて照射したときに該被測定
物から得られる散乱光のドップラシフトに基づいて該被
測定物の移動速度を求めるレーザドップラ速度測定方法
であって、 共通のレーザ光から得た互いに直交する偏光面を備えた
第1偏光および第2偏光を所定の照射条件下で前記被測
定物に照射する工程と、 前記被測定物からの散乱光から、前記第1偏光および第
2偏光に対応した第1偏光散乱光および第2偏光散乱光
を選別する工程と、 前記第1偏光散乱光のドップラシフトに基づいて前記被
測定物の移動速度の二次元方向成分の一方を決定し、前
記第2偏光散乱光のドップラシフトに基づいて該二次元
方向成分の他方を決定する工程と、 を含むことを特徴とするレーザドップラ速度測定方法。
(1) A laser Doppler velocity measurement method for determining the moving speed of an object to be measured based on the Doppler shift of scattered light obtained from the object when the object is irradiated with a laser beam, which method includes a common method. irradiating the object under predetermined irradiation conditions with a first polarized light and a second polarized light having mutually orthogonal polarization planes obtained from a laser beam; a step of sorting the first polarized scattered light and the second polarized scattered light corresponding to the polarized light and the second polarized light; and determining the two-dimensional direction component of the moving speed of the object based on the Doppler shift of the first polarized scattered light. A method for measuring laser Doppler velocity, comprising: determining one of the two-dimensional direction components, and determining the other of the two-dimensional direction components based on the Doppler shift of the second polarized scattered light.
(2)被測定物をレーザ光にて照射したときに該被測定
物から反射される散乱光のドップラシフトに基づいて該
被測定物の移動速度の二次元方向成分を同時に求めるレ
ーザドップラ速度測定装置であって、 共通のレーザ光から互いに直交する偏光面を備えた第1
偏光および第2偏光を発生させるレーザ光出力装置と、 前記第1偏光を前記被測定物に向かって照射するととも
に、該第1偏光を含む平面内において該第1偏光に対し
て予め定められた一定の角度だけ傾斜した2本のビーム
にて該第1偏光の両側からその照射点に向かって前記第
2偏光を照射するレーザ光照射手段と、 前記被測定物からの散乱光から、前記第1偏光および第
2偏光に対応した第1偏光散乱光および第2偏光散乱光
を選別する選別手段と、 前記第1偏光散乱光と前記第1偏光との干渉によるビー
ト周波数に基づいて前記平面内の前記第1偏光の照射方
向における前記被測定物の移動速度を決定するとともに
、前記第2偏光散乱光間の干渉によるビート周波数に基
づいて前記平面内の前記第1偏光の照射方向に直角な方
向における前記被測定物の移動速度を決定する速度決定
手段と、を含むことを特徴とするレーザドップラ速度測
定装置。
(2) Laser Doppler velocity measurement that simultaneously determines the two-dimensional component of the moving speed of the measured object based on the Doppler shift of the scattered light reflected from the measured object when the measured object is irradiated with laser light. An apparatus comprising: a first laser beam with mutually orthogonal polarization planes from a common laser beam;
a laser beam output device that generates polarized light and a second polarized light; laser light irradiation means for irradiating the second polarized light from both sides of the first polarized light toward the irradiation point using two beams tilted at a certain angle; a sorting means for sorting a first polarized scattered light and a second polarized scattered light corresponding to the first polarized light and the second polarized light; determine the moving speed of the object to be measured in the irradiation direction of the first polarized light in the plane, and determine the moving speed of the object to be measured in the irradiation direction of the first polarized light in the plane, based on the beat frequency due to interference between the second polarized scattered lights. A laser Doppler speed measuring device comprising: speed determining means for determining a moving speed of the object to be measured in a direction.
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