JPS6355035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバを用い、ドツプラー効果に
より物体の速度を測定する光フアイバ速度計に関
する。

光フアイバを用いて物体の速度を測定する光フ
アイバ速度計としては、光フアイバの先端から物
体に照射され反射されてきたレーザ光と、レーザ
光源からのレーザ光との光ビートによりドツプラ
ー効果に基づいて物体の速度を測定する装置が知
られるようになつている。第１図はこのような光
フアイバ速度計の一例を示すものである。本図に
於いて、He−Neレーザ等のレーザ光源１より得
られるレーザ光が、レンズ２を介して偏光ビーム
スプリツタ３に与えられる。そのレーザ光が偏光
ビームスプリツタ３を透過する方向にレーザ光源
１の偏光を合わせておくものとすると、レーザ光
は偏光ビームスプリツタ３を透過してレンズ４に
与えられる。レーザ光はレンズ４によつて集光さ
せ、光フアイバ５に入射される。光フアイバ５は
たとえばグレーテツド型等のマルチモードの光フ
アイバが用いられており、レーザ光が光フアイバ
を通過する際にランダム偏光となる。光フアイバ
５の先端は被測定物体が通過する領域にまで延長
されており、レーザ光は光フアイバ５を伝播して
その先端より放射される。被測定物体６が図示の
ように光フアイバ５に接近してくるとすると、放
射されたレーザ光はこの被測定物体６により反射
されて再び光フアイバ５に照射される。一方光フ
アイバ５の先端面５ａだけに無反射コーテイング
を施さなければ先端面５ａに於いてもレーザ光は
反射される（以下このレーザ光を参照光という）。
ここで、被測定物体６による反射光だけがドツプ
ラー効果により被測定物体６の速度に比例して周
波数偏移（ドツプラーシフト）を受けることにな
る。従つてこのレーザ光には信号成分が含まれて
いるので、以下このレーザ光を信号光という。こ
れらの参照光及び信号光は共に光フアイバ５内を
逆方向に進行し、レンズ４を介して再び偏光ビー
ムスプリツタ３に与えられる。参照光及び信号光
は共にランダム偏光となつているので、これらの
レーザ光のうち入射レーザ光と同一の偏光成分の
レーザ光はいずれも偏光ビームスプリツタ３を透
過し、これと直角の偏光成分を有するレーザ光は
偏光ビームスプリツタ３により反射されて、光電
変換器７に与えられる。光電変換器７では、光ビ
ートによりこれらの反射光の周波数の差、即ちド
ツプラーシフトに基づく周波数の電気信号が得ら
れる。従つて、この信号の周波数を周波数測定器
８によつて測定し、そのデータに基づいて信号処
理部９により信号処理することにより被測定物体
６の速度を測定することが可能となる。

しかしながら、この光フアイバ速度計にあつて
は、光フアイバ５から偏光ビームスプリツタ３に
与えられる参照光及び信号光はいずれもランダム
偏光であるため、夫々その一部分だけが光電変換
器７に伝えられることになり、信号レベルが低く
なるという問題点がある。又偏光ビームスプリツ
タ３を介してレーザ光源１に戻る（フイードバツ
クする）参照光及び信号光が、レーザ光源１に悪
影響を与え、レーザ光の発振強度や周波数等が変
動するという問題がある。特に全体を小型化する
ためにはレーザ光源に半導体レーザを用いること
が考えられるが、半導体レーザは高利得で指向性
が悪く、レーザ光のフイードバツクにより発振モ
ードが著しい影響を受けるため第１図の構成のま
までは使用することはできず、例えばレーザ光源
１とレンズ２との間に高価なアイソレータを設け
てレーザ光のフイードバツクを防止しなければな
らなかつた。更に、参照光及び信号光を偏光ビー
ムスプリツタに与えるためマルチモード型光フア
イバを用いており、そのため、光フアイバ５自体
が振動すると、その影響により光電変換器７に雑
音が生じてくる。又マルチモード型光フアイバ５
のために、光フアイバ５の揺動により光フアイバ
内部に於いてモードのランダムな変換が起こり、
スペツクルパターンが変化してスペツクルノイズ
が生じSN比が悪化するという問題点があつた。

本発明はこのような既知の光フアイバ速度計の
問題点に鑑みてなされたもので、小型でSN比の
良い光フアイバ速度計を提供することを目的とす
るものである。

本発明の基本的な特徴は、最近開発された偏光
面保存型のシングルモードの光フアイバを用いる
ことによつて光フアイバを通過するレーザ光の偏
光面を常に直線偏光に保つと共に、光フアイバの
出射部分に1/4波長板を設けて出射光に対して信
号光の偏光面を直交させるようにしたことにあ
る。

以下本発明の構成を実施例につき図面を参照し
つつ詳細に説明する。第２図は本発明の光フアイ
バ速度計に一実施例を示すブロツク図である。本
図に於いて、第１図と同一部分には同一符合を付
している。本発明ではレーザ光源として半導体レ
ーザ１０を用いており、その発振周波数をfoとす
る。半導体レーザ１０のレーザ光は第１図の場合
と同様にレンズ２により集光されて偏光ビームス
プリツタ３に与えられる。この場合もそのレーザ
光が偏光ビームスプリツタ３を通過する方向に半
導体レーザ１０の偏光を合わせておくものとす
る。偏光ビームスプリツタ３は偏光面の相違に応
じてレーザ光を透過又は反射させるものであり、
透過出力面に対向してレンズ４が設けられる。レ
ンズ４はレーザ光を再び集光して光フアイバ１１
に入射させるものである。本発明に於いては光フ
アイバ１１として偏光面保存型のシングルモード
光フアイバを用い、光フアイバ１１の端部を被測
定領域にまで延長する。又光フアイバ１１の両端
面には端面反射を防止するため無反射コーテイン
グを施しておくものとする。さて、光フアイバ１
１の出射端には1/4波長板１２を設け、その光フ
アイバ１１と対向する側の面１２ａにのみ無反射
コーテイングを施しておく。そして1/4波長板１
２を含む光フアイバ１１の先端部を被測定領域に
配置する。一方偏光ビームスプリツタ３の光フア
イバ側からみて反射側には光強度変化に対応した
電気信号を発生する光電変換器７を設けておく。
光電変換器７より得られる電気信号の周波数を測
定する周波数測定器８及びその測定値に基づいて
被測定物体の速度を演算する信号処理部９を設け
ることは第１図の装置と同様である。

次に本実施例の動作について説明する。半導体
レーザ１０から得られる周波数foのレーザ光はレ
ンズ２を介して偏光ビームスプリツタ３に与えら
れる。半導体レーザ１０の偏光面は偏光ビームス
プリツタ３を透過する方向に設定されているた
め、レーザ光は偏光ビームスプリツタ３をそのま
ま透過し、レンズ４により再び集光されて光フア
イバ１１に与えられる。光フアイバ１１は偏光面
保存型のシングルモード光フアイバであるため、
レーザ光は光フアイバ１１内ではその偏光方向は
保存されて被測定領域にまで伝送され、出射端面
より1/4波長板１２に与えられる。第３図は被測
定領域付近を示す拡大図であつて、レーザ光を模
擬的に示しており、光フアイバ１１内のレーザ光
の偏光をＰ偏光（入射光面に垂直、図中１にて表
示）とする。1/4波長板１２によつてそれまで直
線偏光が保たれていたレーザ光は円偏光（図中〇
にて表示）に変換され、その一部は1/4波長板１
２により被測定領域に放射される。前述した如
く、1/4波長板１２の光フアイバ１１に対向する
面１２ａのみに無反射コーテイングがなされてい
るため、他方の面１２ｂに於いてレーザ光は端面
反射し再び1/4波長板１２に戻る。端面反射した
レーザ光（参照光）が1/4波長板１２を透過する
際に再び直線偏光に戻り、その偏光面は元のレー
ザ光の偏光面とは直交するＳ偏光（図中●にて表
示）となる。一方図示の如く被測定物体６が被測
定領域に於いてある速度にて移動しているものと
すると、放射されたレーザ光がその物体６により
反射され、再び1/4波長板１２に与えられる。反
射されたレーザ光（信号光）は被測定物体６の速
度に比例したドツプラーシフト（Δf）を受ける
ため、信号光の周波数はfo＋Δfとなる。信号光
も参照光と同様に1/4波長板１２を透過する際に
元のレーザ光の偏光面とは直交する偏光面を持つ
Ｓ偏光のレーザ光となる。参照光及び信号光は光
フアイバ１１内を逆方向に伝播するが、その間に
レーザ光の偏光方向は保持され、レンズ４により
集光されて再び偏光ビームスプリツタ３に与えら
れる。これらのレーザ光は元のレーザ光の偏光面
と直交したＳ偏光であるため、偏光ビームスプリ
ツタ３によりすべて反射されて光電変換器７に伝
えられる。光電変換器７では参照光及び信号光の
光ビートによるヘテロダイン検波が行なわれ、こ
れらのレーザ光の周波数の差、即ちドツプラーシ
フトに基づく周波数Δfの電気信号が得られる。
周波数測定器８ではこの信号の周波数（Δf）を
測定し、得られたデータを信号処理部９によつて
処理することにより速度情報を得ることができ
る。

尚、ここでは実施例を物体の瞬時の速度を測定
する装置として説明したが、瞬時速度を連続的に
側定することにより物体の振動を測定する装置と
して用いることも可能である。

以上詳細に説明した如く、本発明によれば参照
光及び信号光の全てが偏光ビームスプリツタによ
つて反射され光電変換器に与えられるので、信号
レベルが高くなるという効果が得られる。又これ
らのレーザ光は偏光ビームスプリツタを透過せず
レーザ光源にフイードバツクされないため、レー
ザ光の発振に悪影響を与えることがない。そのた
めアイソレータ等を設けることなくレーザ光源と
して半導体レーザを用いることができ、装置を小
型化することが可能となる。

更に本発明に於いて用いている光フアイバはシ
ングルモードの光フアイバであるため、光フアイ
バ自体が振動した場合にも雑音を生じることがな
い。又光フアイバがシングルモードであるため、
スペツクルノイズを生じることもない。このよう
に雑音を大幅に減少することができSN比を向上
させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光フアイバ速度計の構成を示す
ブロツク図、第２図は本発明による光フアイバ速
度計の一実施例を示すブロツク図、第３図は本実
施例における被測定領域の近傍を示す拡大図であ
る。 １……レーザ光源、２，４……レンズ、３……
偏光ビームスプリツタ、５，１１……光フアイ
バ、６……被測定物体、７……光電変換器、８…
…周波数測定器、９……信号処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の偏光面を有するレーザ光を発生するレ
   ーザ光源と、前記レーザ光源より与えられるレー
   ザ光を透過させる偏光ビームスプリツタと、前記
   偏光ビームスプリツタを透過するレーザ光が一方
   の端面に与えられ、該レーザ光を被測定領域に導
   く偏光面保存型のシングルモード光フアイバと、
   前記光フアイバの他方の端面側に設けられ、前記
   光フアイバに対向しない面に於いて該レーザ光の
   一部を反射させる1/4波長板と、前記1/4波長板及
   び被測定物体により反射され、前記光フアイバを
   逆方向に伝播して前記偏光ビームスプリツタによ
   り反射されるレーザ光が与えられるべく、偏光ビ
   ームスプリツタの反射出力側に配置された光電変
   換器と、前記光電変換器の出力信号の周波数に基
   づいて被測定物体の速度を測定する手段とを具備
   することを特徴とする光フアイバ速度計。 ２ 前記レーザ光源は半導体レーザであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光フアイ
   バ速度計。