JPH0566226A - 変位情報検出装置及び速度計 - Google Patents
変位情報検出装置及び速度計Info
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- JPH0566226A JPH0566226A JP25578591A JP25578591A JPH0566226A JP H0566226 A JPH0566226 A JP H0566226A JP 25578591 A JP25578591 A JP 25578591A JP 25578591 A JP25578591 A JP 25578591A JP H0566226 A JPH0566226 A JP H0566226A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高精度の速度情報が得られ、かつ被測定物体
までの距離を大きくとれる速度計を得ること。 【構成】 回折格子で回折された所定次数の波長λの回
折光束を所定の入射角θで移動物体に入射させ、該移動
物体からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体
の速度情報を検出する際、該回折光束の波長λの変化に
応じて該入射角θが変化しｓｉｎθ／λがほぼ一定とな
るように該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物体
に入射させると共に該光束伝達手段をその射出側を凹形
状となるように構成したこと。
までの距離を大きくとれる速度計を得ること。 【構成】 回折格子で回折された所定次数の波長λの回
折光束を所定の入射角θで移動物体に入射させ、該移動
物体からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体
の速度情報を検出する際、該回折光束の波長λの変化に
応じて該入射角θが変化しｓｉｎθ／λがほぼ一定とな
るように該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物体
に入射させると共に該光束伝達手段をその射出側を凹形
状となるように構成したこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報検出装置に関す
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移動速度
を非接触で測定するようにしたドップラー速度計に特に
良好に適用できるものである。
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移動速度
を非接触で測定するようにしたドップラー速度計に特に
良好に適用できるものである。
【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
の移動速度を測定する装置である。
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
の移動速度を測定する装置である。
【０００３】図４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。
一例を示す説明図である。
【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によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、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とすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
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によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
されたのち、速度Ｖで移動している移動物体７に異った
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、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とすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
【０００５】 Δｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥（１） ＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、
互いに干渉しあって光検出器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。
互いに干渉しあって光検出器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。
【０００６】 Ｆ＝２・Δｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥‥（２） （２）式から、光検出器９の周波数Ｆ（以下「ドップラ
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
【０００７】従来のレーザードップラー速度計では、
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザーが良く使用さ
れるが、レーザー発振器が大きくまた電源に高圧が必要
で、装置が大きく高価になる傾向があった。
（２）式から明らかのようにドップラー周波数Ｆはレー
ザーの波長λに反比例し、従ってレーザードップラー速
度計としては波長が安定したレーザー光源を使用する必
要があった。連続発振が可能で波長が安定したレーザー
光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザーが良く使用さ
れるが、レーザー発振器が大きくまた電源に高圧が必要
で、装置が大きく高価になる傾向があった。
【０００８】又、コンパクトディスク、ビデオディス
ク、光ファイバー通信等に使用されているレーザーダイ
オード（または半導体レーザー）は超小型で駆動も容易
であるが温度依存性を有するという問題点があった。
ク、光ファイバー通信等に使用されているレーザーダイ
オード（または半導体レーザー）は超小型で駆動も容易
であるが温度依存性を有するという問題点があった。
【０００９】図５（’８７三菱半導体データブック；光
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、波長が連続的に変
化している部分は、主としてレーザーダイオードの活性
層の屈折率の温度変化によるもので、０．０５〜０．０
６ｎｍ／℃である。一方、波長が不連続に変化している
部分は縦モードホッピングと呼ばれ０．２〜０．３ｎｍ
／℃である。
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例の説明図であり、波長が連続的に変
化している部分は、主としてレーザーダイオードの活性
層の屈折率の温度変化によるもので、０．０５〜０．０
６ｎｍ／℃である。一方、波長が不連続に変化している
部分は縦モードホッピングと呼ばれ０．２〜０．３ｎｍ
／℃である。
【００１０】波長を安定させるために一般にはレーザー
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒータ、放熱器、温度センサー等の温度制御部
材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け精密に
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
きない。
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒータ、放熱器、温度センサー等の温度制御部
材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け精密に
温度制御をおこなう必要があり、レーザードップラー速
度計が比較的大きく、またコスト高になるうえに、前述
の縦モードホッピングによる不安定さは完全には除去で
きない。
【００１１】上述の問題を解決するレーザードップラー
速度計として、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１，２，‥）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶと呼ぶ）が提案されている。
速度計として、レーザー光を回折格子に入射し、回折格
子より得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１，２，‥）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体に照射し、該移動物体か
らの散乱光をフォトディテクターで検出する方式（以
下、Ｇ−ＬＤＶと呼ぶ）が提案されている。
【００１２】図６は格子ピッチｄなる透過型の回折格子
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
１０にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射し
たときの回折光を示し、このときの回折角θ0 は次式と
なる。
【００１３】ｓｉｎθ0 ＝ｍλ／ｄ ここでｍは回折次数（０，１，２，‥）、λはレーザー
光の波長である。このうち０次以外の±ｎ次光は次式で
表わされる。
光の波長である。このうち０次以外の±ｎ次光は次式で
表わされる。
【００１４】 ｓｉｎθ0 ＝±ｎλ／ｄ ‥‥（３） （ｎは１，２，‥） 図７はこのときの±ｎ次回折光をミラー６ａ，６ｂによ
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射した特願平１−８３２０８号で提案して
いるドップラー速度計の説明図である。光検出器９のド
ップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉに依存しなく、回折格子１０
の格子ピッチｄに反比例し、移動物体７の移動速度に比
例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップ
ラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例した周
波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子につ
いても全く同様である。
って移動物体７に異った方向から入射角がθ0 になるよ
うに２光束照射した特願平１−８３２０８号で提案して
いるドップラー速度計の説明図である。光検出器９のド
ップラー周波数Ｆは（２）及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0 ／λ＝２ｎＶ／ｄ ‥‥（４） となる。即ちレーザー光Ｉに依存しなく、回折格子１０
の格子ピッチｄに反比例し、移動物体７の移動速度に比
例する。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップ
ラー周波数Ｆは移動物体７の移動速度のみに比例した周
波数となる。尚、回折格子１０は反射型の回折格子につ
いても全く同様である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述のドップ
ラー速度計を改良し、光学配置が経時的に変化しなく又
環境変化等によっても変化しにくく、移動物体にレーザ
光を所定の角度に高精度に入射させることができ、移動
物体の速度情報を高精度に検出することができると共に
装置と物体との間を大きくとれる変位情報検出装置とド
ップラー速度計の提供を目的とする。
ラー速度計を改良し、光学配置が経時的に変化しなく又
環境変化等によっても変化しにくく、移動物体にレーザ
光を所定の角度に高精度に入射させることができ、移動
物体の速度情報を高精度に検出することができると共に
装置と物体との間を大きくとれる変位情報検出装置とド
ップラー速度計の提供を目的とする。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】本発明の変位情報検出
装置は、所定方向に沿った物体の変位に関する情報を検
出する装置で、照明用の光を形成する照明手段と、前記
照明手段からの光を内部に入射させて前記物体上に導く
導波部と、前記物体の変位に関する情報を検出すべく前
記導波部より光入射させた物体からの光を検出する光検
出手段を有し、前記導波部の光射出側に凹部をそなえた
ことを特徴としている。
装置は、所定方向に沿った物体の変位に関する情報を検
出する装置で、照明用の光を形成する照明手段と、前記
照明手段からの光を内部に入射させて前記物体上に導く
導波部と、前記物体の変位に関する情報を検出すべく前
記導波部より光入射させた物体からの光を検出する光検
出手段を有し、前記導波部の光射出側に凹部をそなえた
ことを特徴としている。
【００１７】この他本発明の速度計は、波長λの光束を
回折格子に入射させ、該回折格子で回折された所定次数
の回折光束を所定の入射角θで移動物体に入射させ、該
移動物体からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動
物体の速度情報を検出する速度計において、該回折光束
の波長λの変化に応じて該入射角θが変化し、ｓｉｎθ
／λがほぼ一定となるように該回折光束を光束伝達手段
を介して該移動物体に入射させると共に該光束伝達手段
をその射出側を凹形状となるように構成したことを特徴
としている。
回折格子に入射させ、該回折格子で回折された所定次数
の回折光束を所定の入射角θで移動物体に入射させ、該
移動物体からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動
物体の速度情報を検出する速度計において、該回折光束
の波長λの変化に応じて該入射角θが変化し、ｓｉｎθ
／λがほぼ一定となるように該回折光束を光束伝達手段
を介して該移動物体に入射させると共に該光束伝達手段
をその射出側を凹形状となるように構成したことを特徴
としている。
【００１８】特に本発明では、前記光束伝達手段の射出
面が凹形状より成り、該凹形状のうち頂部を透過面とし
ていることや前記光束伝達手段の入射面は一部が透過
面、一部が反射面となっており、該光束伝達手段は射出
面が凹形状より成り、該凹形状の谷部が反射面、頂部が
透過面より成り、該入射面の透過面からの入射光を該凹
形状の谷部反射面と該入射面の反射面で順に反射させ、
次いで側面の反射面で反射させた後、該凹形状の頂部透
過面より射出させていること等を特徴としている。
面が凹形状より成り、該凹形状のうち頂部を透過面とし
ていることや前記光束伝達手段の入射面は一部が透過
面、一部が反射面となっており、該光束伝達手段は射出
面が凹形状より成り、該凹形状の谷部が反射面、頂部が
透過面より成り、該入射面の透過面からの入射光を該凹
形状の谷部反射面と該入射面の反射面で順に反射させ、
次いで側面の反射面で反射させた後、該凹形状の頂部透
過面より射出させていること等を特徴としている。
【００１９】
【実施例】図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例１の上
面概略図と側面概略図である。同図において１０１はド
ップラー速度計である。１は光源で例えばレーザーダイ
オードや半導体レーザー等（以下「レーザー」と称す
る。）より成っている。２はコリメーターレンズであ
り、レーザー１からの光束を平行光束３にしている。１
０は回折格子であり、格子ピッチｄが３．２μｍの透過
型の±１次回折光５ａ，５ｂを回折角θ1 （θ1 ≒１２
°）で回折させるように設定されている。
面概略図と側面概略図である。同図において１０１はド
ップラー速度計である。１は光源で例えばレーザーダイ
オードや半導体レーザー等（以下「レーザー」と称す
る。）より成っている。２はコリメーターレンズであ
り、レーザー１からの光束を平行光束３にしている。１
０は回折格子であり、格子ピッチｄが３．２μｍの透過
型の±１次回折光５ａ，５ｂを回折角θ1 （θ1 ≒１２
°）で回折させるように設定されている。
【００２０】１１は光束伝達手段であり、入射面１１ａ
は平面，射出面１１ｂは凹形状より成り、その頂部１１
ｃが透過面のガラスブロック（屈折率１．５）より成っ
ている。光束伝達手段１１の側面６ａ，６ｂは全反射又
は鏡面反射（反射膜の施されている面）の反射面となっ
ている。
は平面，射出面１１ｂは凹形状より成り、その頂部１１
ｃが透過面のガラスブロック（屈折率１．５）より成っ
ている。光束伝達手段１１の側面６ａ，６ｂは全反射又
は鏡面反射（反射膜の施されている面）の反射面となっ
ている。
【００２１】反射面６ａ，６ｂは回折格子１０の格子配
列方向ｔに対し垂直でかつ互いに平行になっている。即
ち２つの反射面６ａ，６ｂは互いに平行で対向するよう
に設定されている。
列方向ｔに対し垂直でかつ互いに平行になっている。即
ち２つの反射面６ａ，６ｂは互いに平行で対向するよう
に設定されている。
【００２２】７は移動物体又は移動流体（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。８は集光レンズであり、移動物体７から
のドップラーシフトを受けた散乱光をプリズムミラー１
２を介して検出手段としての光検出器９の検出面９ａ上
に集光している。移動物体７面上と検出面９ａは略共役
関係となっている。光束伝達手段１１の凹形状の谷部に
集光レンズ８と反射プリズム１２を収納している。これ
により後述するようにワーキングディスタンスを大きく
取っている。１４は演算手段であり、光検出器９で得ら
れるドップラー信号を用いて移動物体７の移動速度Ｖを
演算し求めている。
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。８は集光レンズであり、移動物体７から
のドップラーシフトを受けた散乱光をプリズムミラー１
２を介して検出手段としての光検出器９の検出面９ａ上
に集光している。移動物体７面上と検出面９ａは略共役
関係となっている。光束伝達手段１１の凹形状の谷部に
集光レンズ８と反射プリズム１２を収納している。これ
により後述するようにワーキングディスタンスを大きく
取っている。１４は演算手段であり、光検出器９で得ら
れるドップラー信号を用いて移動物体７の移動速度Ｖを
演算し求めている。
【００２３】本実施例ではレーザー１から放射された波
長λが略０．６７μｍのレーザー光はコリメーターレン
ズ２によって直径約２ｍｍの平行光束３となって透過型
の回折格子１０に格子配列方向ｔに垂直に入射する。そ
して回折格子１０によって回折角θ1 は式 ｓｉｎθ1 ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（５） よりθ≒１２度となる。
長λが略０．６７μｍのレーザー光はコリメーターレン
ズ２によって直径約２ｍｍの平行光束３となって透過型
の回折格子１０に格子配列方向ｔに垂直に入射する。そ
して回折格子１０によって回折角θ1 は式 ｓｉｎθ1 ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（５） よりθ≒１２度となる。
【００２４】回折角θ1 で回折された±ｎ次（本実施例
ではｎ＝１）の回折光５ａ，５ｂは光束伝達手段１１の
入射面１１ａから入射する。このとき光束伝達手段１１
内部での回折光５ａ，５ｂの回折角θr は １．５ｓｉｎθr ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（６） となる。本実施例では角度θr は約８度となっている。
ではｎ＝１）の回折光５ａ，５ｂは光束伝達手段１１の
入射面１１ａから入射する。このとき光束伝達手段１１
内部での回折光５ａ，５ｂの回折角θr は １．５ｓｉｎθr ＝λ／ｄ ‥‥‥‥（６） となる。本実施例では角度θr は約８度となっている。
【００２５】光束伝達手段１１に入射した回折光５ａ，
５ｂは内部を進行し、側面の反射面６ａ，６ｂで各々反
射した後、射出面１１ｂより射出する。そして光束伝達
手段１１から射出した回折光５ａ，５ｂは移動物体７に
各々異った方向から回折角と同じ角度の入射角θ1 （θ
1 ≒１２度）で移動物体７面上で互いに交差するように
入射している。
５ｂは内部を進行し、側面の反射面６ａ，６ｂで各々反
射した後、射出面１１ｂより射出する。そして光束伝達
手段１１から射出した回折光５ａ，５ｂは移動物体７に
各々異った方向から回折角と同じ角度の入射角θ1 （θ
1 ≒１２度）で移動物体７面上で互いに交差するように
入射している。
【００２６】本実施例ではこのように構成することによ
り波長λの変化に応じて回折格子１０からの±ｎ次の
（回折光の）回折角が変化し、移動物体への入射角θが
変化し、このときの比ｓｉｎθ／λが略一定となるよう
に回折格子や光束伝達手段等の各要素を構成している。
り波長λの変化に応じて回折格子１０からの±ｎ次の
（回折光の）回折角が変化し、移動物体への入射角θが
変化し、このときの比ｓｉｎθ／λが略一定となるよう
に回折格子や光束伝達手段等の各要素を構成している。
【００２７】集光レンズ８は移動物体７の移動速度Ｖに
比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９ａ上に
集光している。このときドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干渉す
る。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく光量
を検出する。即ち光検出器９は（４）式においてｎ＝１
とした移動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（７） なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（７）式より求めて
いる。
比例した（１）式に示すドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた周波数の散乱光を光検出器９の検出面９ａ上に
集光している。このときドップラーシフトΔｆ，−Δｆ
を受けた２つの散乱光は互いに検出面９ａ上で干渉す
る。光検出器９はこのときの干渉縞の明暗に基づく光量
を検出する。即ち光検出器９は（４）式においてｎ＝１
とした移動速度Ｖに比例したドップラー周波数Ｆ、 Ｆ＝２Ｖ／ｄ ‥‥‥‥（７） なるレーザー１の発振波長λに依存しないドップラー信
号を検出する。そして演算手段１４により光検出器９か
らの出力信号を用いて移動速度Ｖを（７）式より求めて
いる。
【００２８】本実施例では以上のように回折格子１０か
らの所定次数の２つの回折光を移動物体７に入射させる
為の光束伝達手段１１とを前述の如く構成することによ
り、経時変化が少なく、かつ構成上安定性が良い状態で
移動物体に所定角度（回折角度θ1 と同じ角度）で２つ
の回折光５ａ，５ｂを入射させることができるようにし
ている。
らの所定次数の２つの回折光を移動物体７に入射させる
為の光束伝達手段１１とを前述の如く構成することによ
り、経時変化が少なく、かつ構成上安定性が良い状態で
移動物体に所定角度（回折角度θ1 と同じ角度）で２つ
の回折光５ａ，５ｂを入射させることができるようにし
ている。
【００２９】次に本発明に係る光束伝達手段の特徴を比
較例を用いて説明する。
較例を用いて説明する。
【００３０】図７に示すドップラー速度計において
（４）式が成立し、レーザー光Ｉの波長λに依存しない
で移動物体の移動速度を検出する為には反射鏡６ａ，６
ｂが回折格子１０に垂直でかつ互いに平行でなければな
らない。ここで一方の反射鏡６ａが組立誤差や環境変化
等により傾いた場合にドップラー周波数Ｆがどうなるか
を図８を用いて説明する。
（４）式が成立し、レーザー光Ｉの波長λに依存しない
で移動物体の移動速度を検出する為には反射鏡６ａ，６
ｂが回折格子１０に垂直でかつ互いに平行でなければな
らない。ここで一方の反射鏡６ａが組立誤差や環境変化
等により傾いた場合にドップラー周波数Ｆがどうなるか
を図８を用いて説明する。
【００３１】図８において反射鏡６ｂは回折格子１０の
格子配列方向ｔに垂直で、反射鏡６ａが反射鏡６ｂに対
し角度φ傾いているものとする。又光束５ａ，５ｂを±
１次回折光とする。このときレーザー光Ｉは図８に示す
光路をとる。反射鏡６ａ，６ｂが互いに平行である場合
の光束５ａ，５ｂの移動物体７への２等分線と移動物体
７の垂線との成す角度をΔθとすると、ドップラー周波
数Ｆは Ｆ＝２Ｖ・ｃｏｓΔθ・ｓｉｎ（θ−φ）／λ ‥‥‥‥（８） となる。Δθ＝φ、ｄｓｉｎθ＝λであるから
格子配列方向ｔに垂直で、反射鏡６ａが反射鏡６ｂに対
し角度φ傾いているものとする。又光束５ａ，５ｂを±
１次回折光とする。このときレーザー光Ｉは図８に示す
光路をとる。反射鏡６ａ，６ｂが互いに平行である場合
の光束５ａ，５ｂの移動物体７への２等分線と移動物体
７の垂線との成す角度をΔθとすると、ドップラー周波
数Ｆは Ｆ＝２Ｖ・ｃｏｓΔθ・ｓｉｎ（θ−φ）／λ ‥‥‥‥（８） となる。Δθ＝φ、ｄｓｉｎθ＝λであるから
【００３２】
【数１】 となる。つまり反射鏡６ａを傾けるとレーザー光の波長
変動がドップラー周波数に影響を及ぼすようになってく
る。
変動がドップラー周波数に影響を及ぼすようになってく
る。
【００３３】図９は基準波長λとして波長λ＝０．７８
μｍのときドップラー周波数に対してレーザー光の波長
が変化したときの周波数変動率を反射鏡６ａのいくつか
の傾き角φについて示したものである。同図より明らか
のように反射鏡６ａの傾き角φが大きくなる程、波長変
動による周波数変動率が大きくなることがわかる。
μｍのときドップラー周波数に対してレーザー光の波長
が変化したときの周波数変動率を反射鏡６ａのいくつか
の傾き角φについて示したものである。同図より明らか
のように反射鏡６ａの傾き角φが大きくなる程、波長変
動による周波数変動率が大きくなることがわかる。
【００３４】このような反射鏡の傾き誤差は反射鏡を保
持する部材が温度変化等により膨張又は収縮した場合に
も同様に生じてくる。
持する部材が温度変化等により膨張又は収縮した場合に
も同様に生じてくる。
【００３５】本発明は前述の如く回折格子から回折され
る所定次数の回折光を移動物体に所定の入射角で入射さ
せる為の互いに平行な２つの反射面を有する光束伝達手
段を適切に設定することにより、レーザー光に波長変動
があっても移動物体の移動速度を高精度に検出してい
る。
る所定次数の回折光を移動物体に所定の入射角で入射さ
せる為の互いに平行な２つの反射面を有する光束伝達手
段を適切に設定することにより、レーザー光に波長変動
があっても移動物体の移動速度を高精度に検出してい
る。
【００３６】図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々本発明
の実施例２の上面概略図，側面概略図，前面概略図であ
る。同図において図１で示した要素と同一要素には同符
番を付している。
の実施例２の上面概略図，側面概略図，前面概略図であ
る。同図において図１で示した要素と同一要素には同符
番を付している。
【００３７】本実施例では実施例１に比べて光束伝達手
段１１の形状が異なっており、その他の構成は略同じで
ある。即ち本実施例では回折格子１０からの回折光５
ａ，５ｂは光束伝達手段１１の入射面１１ａより入射
し、斜傾の反射面１１ｄと側面の反射面６ａ（６ｂ）で
反射した後、所定の角度で移動物体７に入射している。
段１１の形状が異なっており、その他の構成は略同じで
ある。即ち本実施例では回折格子１０からの回折光５
ａ，５ｂは光束伝達手段１１の入射面１１ａより入射
し、斜傾の反射面１１ｄと側面の反射面６ａ（６ｂ）で
反射した後、所定の角度で移動物体７に入射している。
【００３８】そして移動物体７からのドップラーシフト
を受けた散乱光を光束伝達手段１１の凹部に設けた集光
レンズ８で集光し、光検出器９で検出している。この他
の構成は図１の実施例１と同じである。
を受けた散乱光を光束伝達手段１１の凹部に設けた集光
レンズ８で集光し、光検出器９で検出している。この他
の構成は図１の実施例１と同じである。
【００３９】本実施例ではこのような構成により装置全
体の小型化及び所定のワーキングディスタンスが容易に
得られるようにしている。
体の小型化及び所定のワーキングディスタンスが容易に
得られるようにしている。
【００４０】図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例３の
上面概略図と側面概略図である。図中、図１（Ａ），
（Ｂ）で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
上面概略図と側面概略図である。図中、図１（Ａ），
（Ｂ）で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
【００４１】本実施例では図１の実施例１に比べて光束
伝達手段（ガラスブロック）１１の形状が異なってお
り、その他の構成は略同じである。
伝達手段（ガラスブロック）１１の形状が異なってお
り、その他の構成は略同じである。
【００４２】本実施例ではガラスブロック１１の射出面
１１ｂが凹部となっている。そして回折格子１０からの
２つの回折光５ａ，５ｂはガラスブロック１１の入射面
１１ａから入射し、射出面１１ｂ側の凹部の反射面１１
ｆで反射して戻り、入射面１１ａ側の反射面１１ｅで反
射する。そして側面６ａ，６ｂで全反射した後、射出面
１１ｂ側の面１１ｃより射出している。そして移動物体
７に入射させている。移動物体７からの散乱光はガラス
ブロック１１の凹部に設けた集光レンズ８で集光した後
に光検出器９に入射させている。この他の構成及び効果
は図１の実施例１と同様である。
１１ｂが凹部となっている。そして回折格子１０からの
２つの回折光５ａ，５ｂはガラスブロック１１の入射面
１１ａから入射し、射出面１１ｂ側の凹部の反射面１１
ｆで反射して戻り、入射面１１ａ側の反射面１１ｅで反
射する。そして側面６ａ，６ｂで全反射した後、射出面
１１ｂ側の面１１ｃより射出している。そして移動物体
７に入射させている。移動物体７からの散乱光はガラス
ブロック１１の凹部に設けた集光レンズ８で集光した後
に光検出器９に入射させている。この他の構成及び効果
は図１の実施例１と同様である。
【００４３】本実施例ではガラスブロック１１内で光路
を複数回折り返している為、ブロックの小型化が図れ
る。
を複数回折り返している為、ブロックの小型化が図れ
る。
【００４４】尚、上述実施例において光束伝達手段１１
を内部に互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の
角柱又は多角柱の筺体より構成するようにしても良い。
又回折格子としては透過型の他に反射型のものであって
も同様に適用することができる。
を内部に互いに平行な反射面６ａ，６ｂを有する中空の
角柱又は多角柱の筺体より構成するようにしても良い。
又回折格子としては透過型の他に反射型のものであって
も同様に適用することができる。
【００４５】又、レーザ光３の回折格子１０への入射角
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
は垂直でなくても一定の角度で入射させても良い。そし
てこのとき回折格子１０より生じる±ｎ次回折光の２つ
の回折光の交差角と同じ交差角を維持しつつ±ｎ次回折
光の２つの回折光を移動物体に入射させれば良い。
【００４６】尚、同じ光源から放射された光束を用いる
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
のであれば移動物体に入射させる２つの回折光のうち少
なくとも１つの回折光がｎ次回折光であれば他方の回折
光はｎ次以外、例えば０次、ｎ＋１次、ｎ＋２次等どの
ようなものであっても良い。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば前述のように構成上安定
し、又環境変化に対して信頼性の高い、移動物体の移動
速度を高精度に検出することのできる変位情報検出装置
とドップラー速度計を達成することができ、又光束伝達
手段を凹形状にすることによりスペースを効率良く利用
でき、装置の小型化やワーキングディスタンスを長くす
るといった効果が得られる。
し、又環境変化に対して信頼性の高い、移動物体の移動
速度を高精度に検出することのできる変位情報検出装置
とドップラー速度計を達成することができ、又光束伝達
手段を凹形状にすることによりスペースを効率良く利用
でき、装置の小型化やワーキングディスタンスを長くす
るといった効果が得られる。
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 本発明の実施例２の要部概略図
【図３】 本発明の実施例３の要部概略図
【図４】 従来のドップラー速度計の概略図
【図５】 レーザーダイオードの発振波長の温度
依存性を示す説明図
依存性を示す説明図
【図６】 回折格子の説明図
【図７】 回折格子を用いたドップラー速度計の
説明図
説明図
【図８】 図７の反射鏡６ａを傾けたときの要部
概略図
概略図
【図９】 図８において反射鏡６ａを傾けたとき
のドップラー周波数の説明図
のドップラー周波数の説明図
１ レーザー光源 ２ コリメーターレンズ ３ レーザー光 ４ ビームスプリッター ５ａ，５ｂ 回折光 ６ａ，６ｂ 反射面 ７ 移動物体 ８ 集光レンズ ９ 光検出器 １０ 回折格子 １１ 光束伝達手段（ガラスブロック） １２ プリズムミラー １４ 演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 所定方向に沿った物体の変位に関する情
報を検出する装置で、照明用の光を形成する照明手段
と、前記照明手段からの光を内部に入射させて前記物体
上に導く導波部と、前記物体の変位に関する情報を検出
すべく前記導波部より光入射させた物体からの光を検出
する光検出手段を有し、前記導波部の光射出側に凹部を
そなえたことを特徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項２】 波長λの光束を回折格子に入射させ、該
回折格子で回折された所定次数の回折光束を所定の入射
角θで移動物体に入射させ、該移動物体からの散乱光の
周波数の偏移に基づいて該移動物体の速度情報を検出す
る速度計において、該回折光束の波長λの変化に応じて
該入射角θが変化し、ｓｉｎθ／λがほぼ一定となるよ
うに該回折光束を光束伝達手段を介して該移動物体に入
射させると共に該光束伝達手段をその射出側を凹形状と
なるように構成したことを特徴とする速度計。 - 【請求項３】 前記光束伝達手段の射出面が凹形状より
成り、該凹形状のうち頂部を透過面としていることを特
徴とする請求項２の速度計。 - 【請求項４】 前記光束伝達手段の入射面は一部が透過
面、一部が反射面となっており、該光束伝達手段は射出
面が凹形状より成り、該凹形状の谷部が反射面、頂部が
透過面より成り、該入射面の透過面からの入射光を該凹
形状の谷部反射面と該入射面の反射面で順に反射させ、
次いで側面の反射面で反射させた後、該凹形状の頂部透
過面より射出させていることを特徴とする請求項２の速
度計。 - 【請求項５】 前記光束伝達手段はガラスブロックより
成り、前記回折格子からの所定次数の回折光束を該ガラ
スブロック内を通過させ、側面の反射面で反射させた後
前記凹形状の頂部透過面より射出させ前記移動物体に入
射させていることを特徴とする請求項２の速度計。 - 【請求項６】 光源からの光束を回折格子に入射させ、
該回折格子からの＋ｎ次と−ｎ次（ｎ＝１，２，３‥）
の２つの回折光をその交差角度と同じ角度で互いに平行
配置した２つの反射面を有する射出面が凹形状の光束伝
達手段を介して移動物体面上に異った方向から該２つの
回折光が該移動物体面近傍で交差するように照射し、該
移動物体面からのドップラーシフトを受けた２つの散乱
光を検出手段で検出し、該検出手段で得られる信号を利
用して該移動物体の移動速度を検出したことを特徴とす
る速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255785A JP3044865B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 変位情報検出装置及び速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255785A JP3044865B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 変位情報検出装置及び速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566226A true JPH0566226A (ja) | 1993-03-19 |
| JP3044865B2 JP3044865B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=17283602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3255785A Expired - Fee Related JP3044865B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 変位情報検出装置及び速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3044865B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821849A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-23 | Act Denshi Kk | レーザドップラ方式による高熱体の測定方法 |
| CN106052569A (zh) * | 2016-08-11 | 2016-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种外差式一/二维光栅位移粗/细测量系统 |
| WO2018055771A1 (ja) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
| WO2018173290A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3255785A patent/JP3044865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821849A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-23 | Act Denshi Kk | レーザドップラ方式による高熱体の測定方法 |
| CN106052569A (zh) * | 2016-08-11 | 2016-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种外差式一/二维光栅位移粗/细测量系统 |
| WO2018055771A1 (ja) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
| JPWO2018055771A1 (ja) * | 2016-09-26 | 2019-07-04 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
| WO2018173290A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
| JPWO2018173290A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2019-11-07 | 愛知時計電機株式会社 | 計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3044865B2 (ja) | 2000-05-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |