JPH08285875A - 周波数シフター及びそれを用いた光学式変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 温度変化があっても光位相偏移２πに相当す
る電圧振幅値を常に維持でき、これにより温度依存性の
ない安定した周波数シフターを得ると共に高精度で信頼
性の高い光学式変位計測装置を得ること。 【構成】 電圧によって屈折率が変化する電気光学素子
１０と、該電気光学素子１０に形成した電極を介して該
電気光学素子１０に鋸歯状波電圧を印加する電源手段と
を有し、該電源手段からの鋸歯状波電圧によって該電気
光学素子１０を透過する光束に周波数変調を与える周波
数シフター１０１において、該鋸歯状波電圧に所定の温
度依存性を持たせていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数シフター及びそ
れを用いた光学式変位計測装置に関し、特に移動する物
体や流体（以下「移動物体」と称する）の変位情報を、
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知することにより非接触で測
定する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、移動物体の変位情報を非接触
且つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー
速度計やレーザーエンコーダー（光学式変位計測装置）
が使用されている。レーザードップラー速度計では、移
動物体にレーザー光を照射し、移動物体による散乱光の
周波数が、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】このようなレーザードップラー速度計を本
出願人は、例えば特開平２−２６２０６４号公報，特開
平４−２３０８８５号公報等で提案している。これらの
速度計では移動物体の移動方向の検出は行っておらず、
また移動物体の速度が０に近い場合は検出が難しくなる
傾向があった。

【０００４】レーザードップラー速度計において、電気
光学結晶の平板（以後「電気光学素子」と略称する）を
使用した周波数シフターを２光束の光路に設置し、該周
波数シフターにより２光束間に所定の周波数差を与えて
移動物体に入射させ、これにより移動物体の移動方向及
び移動速度が０に近い場合であっても精度良く検出する
ことができる方法がFoord 逹により発表されている（Ap
pl. Phys.,Vol.7,1974,136〜 139) 。

【０００５】ここで電気光学結晶とは印加する電界によ
り媒体の屈折率が変化するもので、例えば三方晶系３ｍ
のＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３，正方晶系４２ｍの（Ｎ
Ｈ４）Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ），ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ）
等がある。

【０００６】Foordらによれば、移動物体の速度が遅い
場合でも、周波数シフターを用いて２光束間に与える周
波数差を適当な値に設定することにより、移動物体の速
さが０に近い場合であっても測定でき、又その速度方向
も同時に測定できるようにしている。

【０００７】周波数シフターに用いる電気光学結晶では
該電気光学結晶に印加する電圧の単位時間当りの変化量
ΔＥを一定にすると、電気光学結晶を透過後の光は単位
時間あたりの位相変化量Δφが一定となる。これにより
周波数シフターとしての機能を発揮させている。現実に
は電圧を常に一定に変化させることは困難（電圧が無限
大になる）な為に、図１２のように鋸歯状波電圧で駆動
している。

【０００８】この際、鋸歯状波の電圧振幅が光位相偏移
２πに相当する値で電圧が立ち下がるようにしておけば
光位相が不連続になることがなく、電圧を常に一定に変
化させたことと等価な結果が得られる。尚、鋸歯状波の
電圧振幅は光位相偏移が２πになる値だけでなく、２π
の整数倍に相当する値であれば同じ効果を得ることがで
きるが、通常は電圧値が大きくなる為位相偏移２πの電
圧を利用している。

【０００９】尚、鋸歯状波電圧での駆動には図１３のよ
うな回路構成が用いられている。この場合の各部の電圧
波形を図１４に示す。図１３において２１は定電流回
路、２２はトランジスタやＦＥＴ等のスイッチ素子、２
３は発振回路、２４はパルス発生回路、２５は電気光学
結晶である。電気光学結晶２５は電気的には容量性素子
（キャパシタ）とみなすことができるので、これに定電
流回路２１から一定の電流を供給し、電荷をチャージす
ると電気光学結晶２５に印加される電圧はリニアに上昇
する。

【００１０】一方、パルス発生回路２４でスイッチ素子
２２を瞬間的にオンさせることによって電気光学結晶２
５をディスチャージすることができ、電気光学結晶２５
に印加される電圧は略ゼロまで低下する。これを繰り返
すことによって電気光学結晶２５に印加される電圧は鋸
歯状波となる。発振回路２３で発生させたクロック（後
で述べる周波数ｆｒに相当）に同期してスイッチ素子２
２を一瞬だけオンさせるようにパルス発生回路２４を構
成することによって鋸歯状波による駆動が繰り返され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一般にレ−ザ−等の可
干渉性の高い光束を物体に照射すると、物体表面の微細
な凹凸により生ずる散乱光はランダムな位相変調を受け
て観察面上に斑点模様、いわゆるスペックルパタ−ンを
形成する。レ−ザ−ドップラ−速度計においては、移動
物体が移動すると、散乱光の検出用の光検出器の検出面
上でのドップラ−シフトによる明暗の変化が、スペック
ルパタ−ンの流れによる不規則な明暗の変化で変調さ
れ、また、光検出器からの出力信号は被検物体の透過率
（あるいは反射率）の変化によっても変調を受ける。

【００１２】レ−ザ−ドップラ−速度計では、一般にス
ペックルパタ−ンの流れによる明暗の変化の周波数およ
び移動物体の透過率（あるいは反射率）の変化の周波数
が変位情報に基づくドップラ−周波数に比べて低い。こ
のため、光検出器からの出力をハイパスフィルタ−に通
して低周波成分を電気的に除去し、ドップラ−信号のみ
を取り出す方法が用いられている。

【００１３】しかし移動物体の速度が遅くてドップラ−
周波数が低くなると、これと低周波変動成分との周波数
差が小さくなり、ハイパスフィルタ−が使えず移動物体
の変位情報を精度良く測定することが難しいという問題
点が生じてくる。また、速度方向は原理的に検出できな
い。

【００１４】これに対してFoord 達が発表した前述の方
法（周波数シフター）は、２光束を移動物体に照射する
前に２光束に所定の周波数差を付けて、移動物体の静止
状態及び速度方向も含めて測定を可能としている。

【００１５】周波数シフターの構成としては種々ある
が、例えば電気光学結晶を適用する場合、電気光学結晶
の常屈折率n_o、異常屈折率n_eが温度により大きく変わっ
てくる。特に、電気光学結晶はその屈折率が温度に非常
に敏感である。この為、電気光学素子の僅かな温度差や
温度勾配で周波数シフトが不安定になる。また、光束通
過部で温度勾配が生ると光束波面が歪み、厳密な干渉系
を組む事が難しくなってくる。

【００１６】図６は光位相偏移２πに相当する電圧振幅
値の温度特性をある電気光学結晶について実験で求めた
例である。図６に示すように、光位相偏移２πに相当す
る電圧は温度特性を有している為、温度条件が変化する
と光位相偏移２πに相当する電圧値と実際の電圧振幅値
とが一致しなくなって光位相が不連続になり、正確な速
度情報を得られなくなるという問題点が生じてくる。

【００１７】本発明は、電気光学結晶の駆動手段の鋸歯
状波電圧の振幅に適当な温度依存性を持たせることによ
って電気光学結晶の温度特性をキャンセルし、温度変化
があっても光位相偏移２πに相当する電圧振幅値を常に
維持できるようにし、温度依存性のない安定した周波数
シフターを得ると共にこれを用いて高精度な速度情報の
検出が可能な光学式計測装置の提供を目的とする。

【００１８】この他本発明は、移動物体を照射する２光
束に周波数差を付与する周波数シフターを構成する電気
光学素子に印加する鋸歯状波電圧に温度依存性を持たせ
ることにより、温度変化に対して精度の安定した周波数
シフターを達成し、これを使用して２光束に適切な周波
数差を付与し、移動物体の速度が遅い場合であっても変
位情報を高精度に検出することができる周波数シフター
及びそれを用いた光学式変位計測装置を達成することが
できる。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の周波数シフター
は、 （１）電圧によって屈折率が変化する電気光学素子と、
該電気光学素子に形成した電極を介して該電気光学素子
に鋸歯状波電圧を印加する電源手段とを有し、該電源手
段からの鋸歯状波電圧によって該電気光学素子を透過す
る光束に周波数変調を与える周波数シフターにおいて、
該鋸歯状波電圧に所定の温度依存性を持たせていること
を特徴としている。

【００２０】特に、前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を
定電流回路でチャージして印加電圧を上昇させた後、瞬
時にディスチャージすることを所定の周期で繰り返すこ
とによって得ていることや、前記定電流回路から流出す
る定電流の温度特性が前記電気光学素子を透過させる光
束の位相偏移が２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子
の駆動電圧Ｅの温度特性と、前記電気光学素子の電極間
容量Ｃの温度特性とを合成した温度特性を打ち消すよう
に設定したものであること等を特徴としている。

【００２１】本発明の光学式変位計測装置は、 （２−１）光源からの光束を光分割部材により２つの光
束に分割し、該２つの光束間に鋸歯状波電圧を印加する
ことにより屈折率が変化する電気光学素子と該電気光学
素子に鋸歯状波電圧を印加する電源手段、そして該電源
手段からの鋸歯状波電圧の振幅に温度依存性を持たせる
温度特性付加手段とを有する周波数シフターを利用して
周波数差を付与し、該周波数差を付与した２光束を移動
物体に入射させ、該移動物体でドップラーシフトを受け
た散乱光を検出手段で検出することにより該移動物体の
変位情報を検出することを特徴としている。

【００２２】特に、前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を
定電流回路でチャージして印加電圧を上昇させた後、瞬
時にディスチャージすることを所定の周期で繰り返すこ
とによって得ていることや、前記定電流回路から流出す
る定電流の温度特性が前記電気光学素子を透過させる光
束の位相偏移が２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子
の駆動電圧Ｅの温度特性と、前記電気光学素子の電極間
容量Ｃの温度特性とを合成した温度特性を打ち消すよう
に設定したものであること等を特徴としている。

【００２３】（２−２）光源からの光束を光分割部材に
より２つの光束に分割し、該２つの光束のうち少なくと
も１つの光束を電源手段からの鋸歯状波電圧の印加によ
り屈折率が変化する電気光学素子を介して、該２つの光
束間に周波数差を付与する際、温度特性付加手段により
該鋸歯状波電圧の振幅に温度依存性を持たせており、該
周波数差を付与した２光束を移動物体に入射させ、該移
動物体でドップラーシフトを受けた散乱光を検出手段で
検出することにより該移動物体の変位情報を検出するこ
とを特徴としている。

【００２４】（２−３）光源からの光束を光分割部材に
より２つの光束に分割し、該２つの光束を各々、別個に
設けた電源手段からの印加電圧により屈折率が変化する
電気光学素子を介して、該２つの光束間に周波数差を付
与する際、少なくとも一方の電気光学素子には温度特性
付加手段により振幅に温度依存性を有した鋸歯状波電圧
を印加しており、該周波数差を付与した２光束を移動物
体に入射させ、該移動物体でドップラーシフトを受けた
散乱光を検出手段で検出することにより該移動物体の変
位情報を検出することを特徴としている。

【００２５】特に構成（２−２），（２−３）におい
て、前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を定電流回路でチ
ャージして印加電圧を上昇させた後、瞬時にディスチャ
ージすることを所定の周期で繰り返すことによって得て
いることや、前記定電流回路から流出する定電流の温度
特性が前記電気光学素子を透過させる光束の位相偏移が
２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子の駆動電圧Ｅの
温度特性と、前記電気光学素子の電極間容量Ｃの温度特
性とを合成した温度特性を打ち消すように設定したもの
であること等を特徴としている。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の周波数シフター及びそれを
用いた光学式変位測定装置の実施例１の要部斜視図であ
る。

【００２７】図中、１はレーザー光源、２はコリメータ
ー、４はビームスプリッター、６ａ〜６ｄはミラー、７
は速度を計測する速度Ｖ０で移動する移動物体、８は集
光レンズ、９は光検出器である。１０１は本発明の周波
数シフターであり、２つの電気光学素子１０（１０ａ，
１０ｂ）とその駆動回路１０２を有している。

【００２８】本実施例では電気光学素子１０に印加する
鋸歯状波電圧の振幅に後述する方法により適当な温度特
性を持たせることによって電気光学素子１０の温度特性
を補正し、温度変化があっても光位相偏移２πに相当す
る電圧振幅値が常に維持できるようにしている。これに
より温度依存性のない安定した周波数シフターを得てい
る。

【００２９】まず図１の光学式変位測定装置において移
動物体７の速度情報を検出する際の動作について説明す
る。図１においてレーザー１から出射したレーザー光
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によって光束５ａと光束５ｂに分
割する。光束５ａ（５ｂ）はミラー６ａ（６ｂ）で反射
したのち、共にＺ軸に偏光方向を持つ光束で電気光学素
子１０に入射し、光束５ａのみが周波数シフター１０１
で周波数シフトを受ける。周波数シフター１０１を出射
した光束５ａ（５ｂ）はミラー６ｃ（６ｄ）で反射し
て、速度Ｖ０で矢印の方向に移動している移動物体７に
入射角θで入射する。

【００３０】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。２光束５ａ，５ｂに
よる散乱光の周波数は、移動速度Ｖ０ に比例して各々
＋，−ｆ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ｆは次の（１）式で表
すことができる。

【００３１】 ｆ＝Ｖ０・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥（１） 周波数＋ｆ、−ｆ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、その明暗の周波数Ｆは電気光学素子１
０による２光束の周波数差をｆＲとすると次の（２）式
で与えられる。

【００３２】 Ｆ＝２・ｆ＝２・Ｖ０・ｓｉｎ（θ）／λ＋ｆＲ ‥‥‥（２） そこで光検出器９からの周波数Ｆ（以下ドップラー周波
数と呼ぶ）を測定すれば（２）式から移動物体７の速度
Ｖ０ が求められる。そして、移動物体７の速度Ｖ０が
遅い場合でも、周波数差ｆＲを適当な値に設定すれば、
前記のスペックルパタ−ンの流れや移動物体の透過率
（あるいは反射率）の変化に起因する低周波成分との周
波数差は十分に取ることができ、低周波成分を電気的に
除去してドップラ−信号のみを取り出すことにより、そ
の場合でも速度検出が可能となる。

【００３３】ここで、例えば電気光学素子１０の形状を
厚さｄ＝１ｍｍ，長さａ＝２０ｍｍとし、レーザー波長
をλ＝７８０ｎｍとすると、電圧振幅Ｖ＝２３０Ｖｏｌ
ｔにすれば２光束の位相差が２πとなり、周波数ｆＲで
セロダイン駆動すると、ｆＲだけ周波数シフトする。

【００３４】次に本発明の周波数シフター１０１の構成
の特徴について説明する。図１において１０ａは電気光
学結晶ＬｉＮｂ０３の平板（電気光学素子）である。１
１ａ，１１ｂは電気光学素子１０ａの両面につけた電極
であり、この電極１１（１１ａ，１１ｂ）は後述する光
束５ａの透過部に電界を掛ける様にしてある。

【００３５】図２は、本実施例における電気光学素子１
０を用いた周波数シフターの動作説明図である。電気光
学結晶とは印加する電界により媒体の屈折率が変化する
もので、例えば、三方晶系３ｍのＬｉＮｂ０３やＬｉＴ
ａ０、正方晶系４２ｍの（ＮＨ４）Ｈ２ＰＯ４（ＡＤ
Ｐ），ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ）等がある。以下にＬｉＮ
ｂ０３を例にとり説明する。ＬｉＮｂ０３（３ｍ）の屈
折率楕円体は次式で表される。

【００３６】

【数１】 よって単位時間あたりの変化電圧Ｖを一定にすると、Ｌ
ｉＮｂ０３透過後の光は単位時間あたりの位相変化量が
一定となる。つまり、周波数シフターとなる。現実に
は、電圧を常に一定に変化させると電圧が無限大になる
ために、図３の様な鋸歯波（セロダイン）駆動を行う。
その際、立ち下がり部で光位相が非連続にならない様に
一つの電圧振幅が光位相２πに相当する値で駆動させ
る。

【００３７】図４は本実施例において電気光学素子１０
に鋸歯状波電圧を印加する駆動回路１０２の説明図であ
る。同図において２５は電気光学素子（電気光学結晶）
を示している。

【００３８】本実施例では電気光学素子２５に印加する
鋸歯状波電圧を定電流回路２１でチャージして印加電圧
を上昇させた後に、瞬時にディスチャージすることを所
定の周期で繰り返すことによって得ている。

【００３９】本実施例において定電流回路２１から流出
する定電流値をＩ、電気光学結晶２５のキャパシタンス
をＣとすると、電気光学結晶２５の両端電圧は単位時間
当りＩ／Ｃの傾斜で上昇する。この為、光位相偏移２π
の時点で電圧を落とす（ディスチャージする）為には次
式が成立していなければならない。

【００４０】 Ｅ／（Ｉ／Ｃ）＝１／ｆ ‥‥‥（４） ここで、ｆは発振回路２３での発振周波数、Ｅは電気光
学結晶２５の光位相偏移２πに相当する電圧である。こ
れを変形すると次式となる。

【００４１】 Ｉ＝ＣＥｆ ‥‥‥（５） ここで発振周波数ｆは基準となる為、通常は温度特性を
もたないよう設計されている。キャパシタンスＣ及び電
圧Ｅは夫々材料によって固有の温度特性を有する。

【００４２】本実施例では定電流値Ｉの温度特性をこの
（Ｃ×Ｅ）の温度特性と等しく設定することによって温
度変化にかかわらず、（５）式を成立させている。これ
によって光位相偏移２πに相当する電圧振幅値を常に維
持することができ、温度依存性のない周波数シフターを
実現している。

【００４３】図４を用いて具体的手法について説明す
る。同図において定電流回路２１はトランジスタＱ１，
定電圧ダイオードＤ１，抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２より成って
おり、正電源Ｖｃｃが供給されている。

【００４４】ここでトランジスタＱ１のコレクタより流
出する定電流値Ｉは次式で近似される。

【００４５】 Ｉ≒（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／Ｒ１ ‥‥‥（６） Ｖｚは定電圧ダイオードＤ１のツェナー電圧、Ｖｂｅは
トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧である。温
度特性を考えてみると抵抗Ｒ１は通常±数１００ｐｐｍ
／℃以下と小さいので、無視できる。ベース・エミッタ
間電圧Ｖｂｅの温度特性は、一般に約−２ｍＶ／℃であ
る。又定電圧ダイオードＤ１のツェナー電圧Ｖｚは図５
のような温度特性を有している。

【００４６】そこで本実施例では適当な定電圧ダイオー
ドＤ１を選択することによって定電流値Ｉに所望の温度
特性を持たせている。

【００４７】以下、図６のような温度特性を有する電気
光学結晶を考えると光位相偏移２πに相当する電圧の温
度係数はおよそ−０．０８８％／℃となっている。又こ
の電気光学結晶のキャパシタンスの温度係数は図７に示
すように、およそ＋０．０６４％／℃となっている。

【００４８】そこで本実施例では定電流回路２１から流
出する定電流値Ｉの温度係数を２つの温度係数の和（−
０．０２４％／℃）に近い値に設計することにより鋸歯
状波の振幅に温度依存性をもたせ、電圧振幅が光位相偏
移２πに相当する値に合致した状態を常に維持するよう
にしている。

【００４９】この場合、実際には定電圧ダイオードＤ１
にツェナ電圧２．７Ｖ程度の素子を用いることによりＶ
ｚ＝２．７，Ｖｂｅ≒０．６Ｖ，Ｖｚの温度係数がおよ
そ−２．５ｍＶ／℃，Ｖｂｅの温度係数が約−２ｍＶ／
℃なので（６）式より Ｉ≒（２．７−０．６）／Ｒ１＝２．１／Ｒ１ ‥‥‥（７） が得られる。（Ｖｚ−Ｖｂｅ）の温度係数は −２．５−（−２）＝−０．５〔ｍＶ／℃〕 ‥‥‥（８） なので電流Ｉの温度係数は −０．５〔ｍＶ／℃〕／２．１〔Ｖ〕×１００＝−０．０２４〔％／℃〕 ‥‥‥（９） となる。即ち、電気光学結晶の光位相偏移２πに相当す
る電圧の温度係数−０．０８８％／℃とキャパシタンス
の温度係数＋０．０６４％／℃とを合成した温度特性を
電流Ｉの温度係数により略キャンセルしている。なお、
ツェナ電圧の温度特性は定電圧ダイオードに流す電流値
によっても若干異なる為、電流値も考慮して設計する必
要がある。

【００５０】このように、本実施例では鋸歯状波電圧に
適当な温度係数を持たせることにより温度変化があって
も光位相偏移２πに相当する電圧振幅値を常に維持する
ようにしている。

【００５１】本実施例はこれにより温度依存性のない安
定な周波数シフターを得ることができ、これにより高精
度な速度検出装置を実現している。

【００５２】本発明において鋸歯状波の電圧振幅に温度
特性を持たせる方法としては、上記実施例に限定される
ことなく、様々な方法が適用可能である。又使用する電
気光学結晶の特性に応じて温度特性も設定を変えるのが
良く、本発明では個々にそれに適した回路で行ってい
る。

【００５３】図８〜図１１は本発明において鋸歯状波電
圧に温度特性を持たせるときの他の実施例の回路説明図
である。

【００５４】図８は実施例１と同様に定電圧ダイオード
Ｄ１とダイオードＤａやトランジスタＱ１の温度特性を
用いた例である。ダイオードの温度特性も約−２ｍＶ／
℃なのでこの使用個数によって温度特性を調整してい
る。

【００５５】図９は定電圧ダイオードＤ１の温度特性を
利用した回路であり、主に駆動用トランジスタＱ１の温
度特性の影響が現れないようにしたものである。この回
路は定電圧ダイオードの温度特性のみを考慮して設計で
きるので応用しやすいという特長がある。

【００５６】図１０はサーミスタＲ_thを用いた回路例で
ある。図に対して逆の温度特性を持たせたい場合にはト
ランジスタＱ１のエミッタ側にサーミスタを用いること
も考えられる。

【００５７】図１１はより実用的な回路例である。この
例ではノイズを削減したり、定電流回路の出力インピー
ダンスを上げたり、トランジスタＱ１のベース・コレク
タ間の容量の影響を除去したりする為の工夫が盛り込ま
れている。トランジスタＱ１のベースと電源Ｖｃｃとの
間にコンデンサＣ１やカスコード接続されたトランジス
タＱ２が上記目的で採用されているが、何れも本発明の
主旨を逸脱するものではない。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、電気光学
結晶の駆動手段の鋸歯状波電圧の振幅に適当な温度依存
性を持たせることによって電気光学結晶の温度特性をキ
ャンセルし、温度変化があっても光位相偏移２πに相当
する電圧振幅値を常に維持できるようにし、温度依存性
のない安定した周波数シフターを得ると共にこれを用い
て高精度な速度情報の検出が可能な光学式計測装置を達
成することができる。

【００５９】又、本発明によれば移動物体を照射する２
光束に周波数差を付与する周波数シフターを構成する電
気光学素子に印加する鋸歯状波電圧に温度依存性を持た
せることにより、温度変化に対して精度の安定した周波
数シフターを達成し、これを使用して２光束に適切な周
波数差を付与し、移動物体の速度が遅い場合であっても
変位情報を高精度に検出することができる周波数シフタ
ー及びそれを用いた光学式変位計測装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部斜視図

【図２】図１の位相シフターの説明図

【図３】鋸歯状波電圧と電気光学素子の位相偏移の説明
図

【図４】本発明の実施例１の駆動回路の説明図

【図５】定電圧ダイオードの温度特性の説明図

【図６】位相偏移と印加電圧の温度特性の説明図

【図７】電気光学素子の電極間容量の温度特性の説明図

【図８】周波数シフターに用いる定電流回路の説明図

【図９】周波数シフターに用いる定電流回路の説明図

【図１０】周波数シフターに用いる定電流回路の説明図

【図１１】周波数シフターに用いる定電流回路の説明図

【図１２】鋸歯状波電圧と電気光学素子の位相偏移の説
明図

【図１３】電気光学素子と鋸歯状波電圧で駆動させると
きのブロック図

【図１４】図１３における電圧波形の説明図

【符号の説明】

１ レーザーダイオード ２ コリメーターレンズ ３，５ａ，５ｂ レーザー光束 ４ ビームスプリッター ６ａ，６ｂ ミラー ７ 被測定物体 ８ 集光レンズ ９ 受光素子 １０ａ，１０ｂ 電気光学結晶 ２１ 定電流回路 ２２ 発振回路 ２３ パルス発生回路 ２４ スイッチ素子 ２５ 電気光学結晶

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧によって屈折率が変化する電気光学
   素子と、該電気光学素子に形成した電極を介して該電気
   光学素子に鋸歯状波電圧を印加する電源手段とを有し、
   該電源手段からの鋸歯状波電圧によって該電気光学素子
   を透過する光束に周波数変調を与える周波数シフターに
   おいて、該鋸歯状波電圧に所定の温度依存性を持たせて
   いることを特徴とする周波数シフター。
2. 【請求項２】 前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を定電
   流回路でチャージして印加電圧を上昇させた後、瞬時に
   ディスチャージすることを所定の周期で繰り返すことに
   よって得ていることを特徴とする請求項１の周波数シフ
   ター。
3. 【請求項３】 前記定電流回路から流出する定電流の温
   度特性が前記電気光学素子を透過させる光束の位相偏移
   が２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子の駆動電圧Ｅ
   の温度特性と、前記電気光学素子の電極間容量Ｃの温度
   特性とを合成した温度特性を打ち消すように設定したも
   のであることを特徴とする請求項２の周波数シフター。
4. 【請求項４】 光源からの光束を光分割部材により２つ
   の光束に分割し、該２つの光束間に鋸歯状波電圧を印加
   することにより屈折率が変化する電気光学素子と該電気
   光学素子に鋸歯状波電圧を印加する電源手段、そして該
   電源手段からの鋸歯状波電圧の振幅に温度依存性を持た
   せる温度特性付加手段とを有する周波数シフターを利用
   して周波数差を付与し、該周波数差を付与した２光束を
   移動物体に入射させ、該移動物体でドップラーシフトを
   受けた散乱光を検出手段で検出することにより該移動物
   体の変位情報を検出することを特徴とする光学式変位計
   測装置。
5. 【請求項５】 前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を定電
   流回路でチャージして印加電圧を上昇させた後、瞬時に
   ディスチャージすることを所定の周期で繰り返すことに
   よって得ていることを特徴とする請求項４の光学式変位
   計測装置。
6. 【請求項６】 前記定電流回路から流出する定電流の温
   度特性が前記電気光学素子を透過させる光束の位相偏移
   が２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子の駆動電圧Ｅ
   の温度特性と、前記電気光学素子の電極間容量Ｃの温度
   特性とを合成した温度特性を打ち消すように設定したも
   のであることを特徴とする請求項５の光学式変位計測装
   置。
7. 【請求項７】 光源からの光束を光分割部材により２つ
   の光束に分割し、該２つの光束のうち少なくとも１つの
   光束を電源手段からの鋸歯状波電圧の印加により屈折率
   が変化する電気光学素子を介して、該２つの光束間に周
   波数差を付与する際、温度特性付加手段により該鋸歯状
   波電圧の振幅に温度依存性を持たせており、該周波数差
   を付与した２光束を移動物体に入射させ、該移動物体で
   ドップラーシフトを受けた散乱光を検出手段で検出する
   ことにより該移動物体の変位情報を検出することを特徴
   とする光学式変位計測装置。
8. 【請求項８】 光源からの光束を光分割部材により２つ
   の光束に分割し、該２つの光束を各々、別個に設けた電
   源手段からの印加電圧により屈折率が変化する電気光学
   素子を介して、該２つの光束間に周波数差を付与する
   際、少なくとも一方の電気光学素子には温度特性付加手
   段により振幅に温度依存性を有した鋸歯状波電圧を印加
   しており、該周波数差を付与した２光束を移動物体に入
   射させ、該移動物体でドップラーシフトを受けた散乱光
   を検出手段で検出することにより該移動物体の変位情報
   を検出することを特徴とする光学式変位計測装置。
9. 【請求項９】 前記鋸歯状波電圧は電気光学素子を定電
   流回路でチャージして印加電圧を上昇させた後、瞬時に
   ディスチャージすることを所定の周期で繰り返すことに
   よって得ていることを特徴とする請求項７又は８の光学
   式変位計測装置。
10. 【請求項１０】 前記定電流回路から流出する定電流の
    温度特性が前記電気光学素子を透過させる光束の位相偏
    移が２πｎ（ｎは整数）となる電気光学素子の駆動電圧
    Ｅの温度特性と、前記電気光学素子の電極間容量Ｃの温
    度特性とを合成した温度特性を打ち消すように設定した
    ものであることを特徴とする請求項９の光学式変位計測
    装置。