JP2801360B2 - ドツプラ速度計 - Google Patents
ドツプラ速度計Info
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- JP2801360B2 JP2801360B2 JP2130622A JP13062290A JP2801360B2 JP 2801360 B2 JP2801360 B2 JP 2801360B2 JP 2130622 A JP2130622 A JP 2130622A JP 13062290 A JP13062290 A JP 13062290A JP 2801360 B2 JP2801360 B2 JP 2801360B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、移動する物体や流体（以下「移動物体」と
称する）の速度情報を非接触に測定する速度計、特に照
射光の周波数の偏移を検知して速度を検出するドツプラ
速度計に関する。
称する）の速度情報を非接触に測定する速度計、特に照
射光の周波数の偏移を検知して速度を検出するドツプラ
速度計に関する。
［従来の技術］ 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、従来からドツプラ速度計が知られている。ド
ツプラ速度計とは移動物体にレーザ光等の照射光を照射
し、該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、所謂ドツプラ効果を利
用して、前記移動物体の移動速度を測定する装置であ
る。
置として、従来からドツプラ速度計が知られている。ド
ツプラ速度計とは移動物体にレーザ光等の照射光を照射
し、該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、所謂ドツプラ効果を利
用して、前記移動物体の移動速度を測定する装置であ
る。
従来のドツプラ速度計の一例として、レーザドツプラ
速度計の一般的な構成を第４図に示す。
速度計の一般的な構成を第４図に示す。
１はレーザ光源、２ばコリメータレンズ、３は平行光
束、４はビームスプリツタ、６及び６′はミラー、７は
移動物体であり、物体もしくは流体が速度Ｖで矢印方向
に移動している。８は集光レンズ、９は光検出器であ
る。
束、４はビームスプリツタ、６及び６′はミラー、７は
移動物体であり、物体もしくは流体が速度Ｖで矢印方向
に移動している。８は集光レンズ、９は光検出器であ
る。
レーザ光源１から射出されたレーザ光はコリメータレ
ンズ２によって平行光束３となり、ビームスプリツタ４
によって二光束５及び５′に分割されてミラー６及び
６′で反射された後、速度Ｖで移動物体７に入射角θで
二光束照射される。物体もしくは流体による散乱光は、
集光レンズ８を介して光検出器９で検出される。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＋
ｆ、−ｆのドツプラシフトを受ける。ここで、レーザ光
の波長をλとすれば、ｆは次の（１）式で表すことがで
きる。
ンズ２によって平行光束３となり、ビームスプリツタ４
によって二光束５及び５′に分割されてミラー６及び
６′で反射された後、速度Ｖで移動物体７に入射角θで
二光束照射される。物体もしくは流体による散乱光は、
集光レンズ８を介して光検出器９で検出される。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＋
ｆ、−ｆのドツプラシフトを受ける。ここで、レーザ光
の波長をλとすれば、ｆは次の（１）式で表すことがで
きる。
ｆ＝Vsinθ／λ …（１） ＋ｆ、−ｆのドツプラシフトを受けた散乱光は互いに
干渉し合って光検出器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。
干渉し合って光検出器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。
Ｆ＝2f＝2Vsinθ／λ …（２） 従って光検出器９の出力信号の周波数（以下、ドツプ
ラ周波数と呼ぶ）を測定すれば、（２）式に基づいて移
動物体７の速度Ｖを求めることができる。
ラ周波数と呼ぶ）を測定すれば、（２）式に基づいて移
動物体７の速度Ｖを求めることができる。
上記従来例のようなレーザドツプラ速度計では、
（２）式から分かるようにドツプラ周波数Ｆはレーザの
波長λに反比例し、したがってレーザドツプラ速度計と
しては波長が安定したレーザ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光源として
はHe−Ne等のガスレーザが良く使用されるが、レーザ発
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。また、コンパクトデイスク、ビデオデイス
ク、光フアイバ通信等に使用されているレーザダイオー
ド（または半導体レーザ）は超小型で駆動も容易である
が温度依存性を有する。
（２）式から分かるようにドツプラ周波数Ｆはレーザの
波長λに反比例し、したがってレーザドツプラ速度計と
しては波長が安定したレーザ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光源として
はHe−Ne等のガスレーザが良く使用されるが、レーザ発
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。また、コンパクトデイスク、ビデオデイス
ク、光フアイバ通信等に使用されているレーザダイオー
ド（または半導体レーザ）は超小型で駆動も容易である
が温度依存性を有する。
第５図（'87三菱半導体データブツク 光半導体素子
編から引用）はレーザダイオードの標準的な温度依存性
の一例であり、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、0.05〜0.06nm/℃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ツピングと呼ば
れ、0.2〜0.3nm/℃である。
編から引用）はレーザダイオードの標準的な温度依存性
の一例であり、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、0.05〜0.06nm/℃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ツピングと呼ば
れ、0.2〜0.3nm/℃である。
波長を安定させるために一般にはレーザダイオードを
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、温度センサ等の温度制御部材をレーザダイ
オードに小さな熱抵抗で取付け，精密に温度制御を行な
う必要があり、レーザドツプラ速度計が比較的大型で、
またコスト高になるうえに、前述の縦モードホツピング
による不安定さは完全には除去できない。
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、温度センサ等の温度制御部材をレーザダイ
オードに小さな熱抵抗で取付け，精密に温度制御を行な
う必要があり、レーザドツプラ速度計が比較的大型で、
またコスト高になるうえに、前述の縦モードホツピング
による不安定さは完全には除去できない。
そこで上述の問題を解決するレーザドツプラ速度計と
して、光源としてのレーザ光を回折格子に入射し、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
をフオトデイテクタで検出する方式（以下、Ｇ−LDVと
称する）を、本願出願人は特願平１−83208号にて提案
した。この方式について以下説明する。
して、光源としてのレーザ光を回折格子に入射し、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
をフオトデイテクタで検出する方式（以下、Ｇ−LDVと
称する）を、本願出願人は特願平１−83208号にて提案
した。この方式について以下説明する。
第６図は格子ピツチｄの透過型の回折格子10に、レー
ザ光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射した時の回折例
を示し、回折角θ０は次式となる。
ザ光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射した時の回折例
を示し、回折角θ０は次式となる。
sinθ０＝ｍλ/d （ｍは回折次数（0,1,2,…）、λは光の波長） このうち０次以外の±ｎ次光は次式（３）で表され
る。
る。
sinθ０＝±ｎλ/d …（３） （ｎは1,2,…） 第７図はこの±ｎ次光をミラー６、６′によって被検
物体７に入射角がθ０になるように二光束照射した図で
あり、光検出器９のドツプラ周波数Ｆは（２）及び
（３）式から Ｆ＝2Vsinθ0/λ＝2nV/d …（４） となり、レーザ光Ｉの波長λに依存せず、回折格子10の
格子ピツチｄに反比例し、被検物体７の速度に比例す
る。格子ピツチｄは充分安定にし得るので、ドツプラ周
波数Ｆは被検物体７の速度のみに比例した周波数を得る
ことができる。回折格子10は反射型の回折格子にしても
同様である。
物体７に入射角がθ０になるように二光束照射した図で
あり、光検出器９のドツプラ周波数Ｆは（２）及び
（３）式から Ｆ＝2Vsinθ0/λ＝2nV/d …（４） となり、レーザ光Ｉの波長λに依存せず、回折格子10の
格子ピツチｄに反比例し、被検物体７の速度に比例す
る。格子ピツチｄは充分安定にし得るので、ドツプラ周
波数Ｆは被検物体７の速度のみに比例した周波数を得る
ことができる。回折格子10は反射型の回折格子にしても
同様である。
ここで、一般にレーザ光等の可干渉性の高い光を物体
に照射すると、物体表面の微細な凹凸により散乱光はラ
ンダムな位相変調を受けて、観察面上に斑点模様、所謂
スペツクルパターンを形成する。レーザドツプラ速度計
においては、物体若しくは流体が移動すると、光検出器
の検出面上でドツプラシフトによる明暗の変化が、スペ
ツクルパターンの流れによる不規則な明暗の変化で変調
され、又、光検出器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。
に照射すると、物体表面の微細な凹凸により散乱光はラ
ンダムな位相変調を受けて、観察面上に斑点模様、所謂
スペツクルパターンを形成する。レーザドツプラ速度計
においては、物体若しくは流体が移動すると、光検出器
の検出面上でドツプラシフトによる明暗の変化が、スペ
ツクルパターンの流れによる不規則な明暗の変化で変調
され、又、光検出器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。
前述のＧ−LDVでは、一般にスペツクルパターンの流
れによる明暗の変化の周波数、及び被検物体の透過率
（あるいは反射率）の変化の周波数は、前述（４）式で
示されるドツプラ周波数に較べて低周波であるため、光
検出器の出力をハイパスフイルタに通して低周波成分を
電気的に除去し、ドツプラ信号のみをとりだす方法が用
いられているが、被検物体の速度が遅くてドツプラ周波
数が低いと、低周波成分との周波数差が小さくなり、ハ
イパスフイルタが使えず、被検物体の速度が測定できな
いという欠点が生じ、又、速度方向は原理的に検出する
ことができない。
れによる明暗の変化の周波数、及び被検物体の透過率
（あるいは反射率）の変化の周波数は、前述（４）式で
示されるドツプラ周波数に較べて低周波であるため、光
検出器の出力をハイパスフイルタに通して低周波成分を
電気的に除去し、ドツプラ信号のみをとりだす方法が用
いられているが、被検物体の速度が遅くてドツプラ周波
数が低いと、低周波成分との周波数差が小さくなり、ハ
イパスフイルタが使えず、被検物体の速度が測定できな
いという欠点が生じ、又、速度方向は原理的に検出する
ことができない。
そこで、これを解決すべく本願出願人は先に特願平２
−30644号において、第８図に示す装置を提案した。
−30644号において、第８図に示す装置を提案した。
格子ピツチＰの回折格子を同図に示すように速度Vgで
移動させる。レーザ光を移動する回折格子に入射する
と、±ｎ次回折光5a,5bに分かれ、それぞれ正負のドツ
プラシフト±Vg/ndを受け、光の波長をλとすると回折
角θ０は、 sinθ０＝λ/nd …（５） を満たす。この±ｎ次光をミラー6,6′によって速度Ｖ
の被検物体７に対して、入射角がθ０になるように二光
束照射すると、被検物体７からの散乱光は＋ｎ次光5aが
（Vg＋Ｖ）/nd,−ｎ次光5bが−（Vg＋Ｖ）/ndのドツプ
ラシフトを受け、互いに干渉しあって、ドツプラ周波数
Ｆとしては、 Ｆ＝２（Vg＋Ｖ）/nd …（６） となり、レーザ光の波長に依存しないドツプラ周波数が
得られる。つまり、被検物体７の速度Ｖが遅い場合で
も、ドツプラ周波数は、回折格子の移動速度Vgによっ
て、前述のスペツクルパターンの流れや、被検物体の透
過率（あるいは反射率）の変化に起因する低周波数成分
との周波数差は十分に取ることができ、光検出器からの
出力信号をハイパスフイルタに通して低周波成分を電気
的に除去し、ドツプラ信号のみを取出すことにより速度
検出が可能になる。
移動させる。レーザ光を移動する回折格子に入射する
と、±ｎ次回折光5a,5bに分かれ、それぞれ正負のドツ
プラシフト±Vg/ndを受け、光の波長をλとすると回折
角θ０は、 sinθ０＝λ/nd …（５） を満たす。この±ｎ次光をミラー6,6′によって速度Ｖ
の被検物体７に対して、入射角がθ０になるように二光
束照射すると、被検物体７からの散乱光は＋ｎ次光5aが
（Vg＋Ｖ）/nd,−ｎ次光5bが−（Vg＋Ｖ）/ndのドツプ
ラシフトを受け、互いに干渉しあって、ドツプラ周波数
Ｆとしては、 Ｆ＝２（Vg＋Ｖ）/nd …（６） となり、レーザ光の波長に依存しないドツプラ周波数が
得られる。つまり、被検物体７の速度Ｖが遅い場合で
も、ドツプラ周波数は、回折格子の移動速度Vgによっ
て、前述のスペツクルパターンの流れや、被検物体の透
過率（あるいは反射率）の変化に起因する低周波数成分
との周波数差は十分に取ることができ、光検出器からの
出力信号をハイパスフイルタに通して低周波成分を電気
的に除去し、ドツプラ信号のみを取出すことにより速度
検出が可能になる。
第９図は回折格子を用いたレーザドツプラ速度計にお
ける被検物体の速度Ｖとドツプラ周波数Ｆとの関係を示
すもので、（ａ）は回折格子を固定している場合、
（ｂ）は回折格子の移動速度をVgとする場合である。同
図から分かるように（ａ）では或る周波数F1を検出した
としても方向の異なる２つの速度V1、−V1が対応するた
め、移動方向の判断が不可能であるが、（ｂ）では速度
V1に対してＦ＝Fg＋F1、速度−V1に対してＦ＝Fg−F1の
ドツプラ周波数が得られ、速度Ｖの方向も同時に検出で
きる。
ける被検物体の速度Ｖとドツプラ周波数Ｆとの関係を示
すもので、（ａ）は回折格子を固定している場合、
（ｂ）は回折格子の移動速度をVgとする場合である。同
図から分かるように（ａ）では或る周波数F1を検出した
としても方向の異なる２つの速度V1、−V1が対応するた
め、移動方向の判断が不可能であるが、（ｂ）では速度
V1に対してＦ＝Fg＋F1、速度−V1に対してＦ＝Fg−F1の
ドツプラ周波数が得られ、速度Ｖの方向も同時に検出で
きる。
つまり、回折格子の移動速度Vgを制御すれば上記
（６）式より、 Ｖ＝Ｆ（d/2）−Vg …（７） となり、Ｆを検出することにより（７）式示す通りＶを
求めることができる。
（６）式より、 Ｖ＝Ｆ（d/2）−Vg …（７） となり、Ｆを検出することにより（７）式示す通りＶを
求めることができる。
［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、前述の方式では、測定精度を維持する
のに、回折格子の移動速度を精密に制御する必要があ
る。すなわち駆動系が比較的大型となりコストの点でも
不利である、又、駆動及び速度検出に回転系を用いると
偏心等の誤差を生じ易く、上記（７）式の演算に必要な
Vgを正確に検出することが難しくなる。
のに、回折格子の移動速度を精密に制御する必要があ
る。すなわち駆動系が比較的大型となりコストの点でも
不利である、又、駆動及び速度検出に回転系を用いると
偏心等の誤差を生じ易く、上記（７）式の演算に必要な
Vgを正確に検出することが難しくなる。
［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は上記課題を解決し、より改良された形
態のドップラ速度計を提供することであり、その第１の
発明の概要は、光束を所定の入射角で移動物体に入射さ
せ、移動物体からの散乱光に基づいて移動物体の速度情
報を検出するドップラー速度計において、光源から射出
した光束を回折させて少なくとも一対の回折光を形成す
る回折格子、前記一対の回折光に異なるドップラーシフ
トを与えるべく前記回転格子を移動させる駆動手段、前
記射出する一対の回折光をそれぞれ分割する分割手段、
前記一対の回折光それぞれの前記分割手段により分割さ
れた一方の分割光束を交差させて移動物体に入射させる
と共に、前記一対の回折光それぞれの前記分割手段によ
り分割されたもう一方の分割光束を前記移動物体および
前記分割手段とは異なる位置に配置された基準物体に共
に入射させる光学手段、該光学手段により交差された前
記一方の光束で照明された移動物体からの散乱光及び前
記もう一方の分割光束を共に入射された基準物体より出
射する光をそれぞれ受光する受光手段、該受光手段でそ
れぞれ受光された光のそれぞれの周波数情報を基に移動
物体の速度情報を得る演算手段、を有することを特徴と
する。又、第２の発明の概要は、移動物体からの散乱光
に基づいて移動物体の速度情報を検出するドップラー速
度計において、異なる周波数を有する一対の光束を発生
させるための光束発生手段と、前記一対の光束をそれぞ
れ分割する分割手段と、前記一対の光束それぞれの前記
分割手段により分割された一方の分割光束を交差させて
移動物体に入射させると共に、前記一対の光束それぞれ
の前記分割手段により分割されたもう一方の分割光束を
前記移動物体および前記分割手段とは異なる位置に配置
された基準物体に共に入射させるための光学手段と、該
光学系により交差された前記一方の光束で照明された移
動物体からの散乱光及び前記もう一方の分割光束を共に
入射された基準物体より出射する光をそれぞれ受光する
受光手段と、該受光手段でそれぞれ受光された光のそれ
ぞれの周波数情報を基に移動物体の速度情報を得る演算
手段とを有することを特徴とする。
態のドップラ速度計を提供することであり、その第１の
発明の概要は、光束を所定の入射角で移動物体に入射さ
せ、移動物体からの散乱光に基づいて移動物体の速度情
報を検出するドップラー速度計において、光源から射出
した光束を回折させて少なくとも一対の回折光を形成す
る回折格子、前記一対の回折光に異なるドップラーシフ
トを与えるべく前記回転格子を移動させる駆動手段、前
記射出する一対の回折光をそれぞれ分割する分割手段、
前記一対の回折光それぞれの前記分割手段により分割さ
れた一方の分割光束を交差させて移動物体に入射させる
と共に、前記一対の回折光それぞれの前記分割手段によ
り分割されたもう一方の分割光束を前記移動物体および
前記分割手段とは異なる位置に配置された基準物体に共
に入射させる光学手段、該光学手段により交差された前
記一方の光束で照明された移動物体からの散乱光及び前
記もう一方の分割光束を共に入射された基準物体より出
射する光をそれぞれ受光する受光手段、該受光手段でそ
れぞれ受光された光のそれぞれの周波数情報を基に移動
物体の速度情報を得る演算手段、を有することを特徴と
する。又、第２の発明の概要は、移動物体からの散乱光
に基づいて移動物体の速度情報を検出するドップラー速
度計において、異なる周波数を有する一対の光束を発生
させるための光束発生手段と、前記一対の光束をそれぞ
れ分割する分割手段と、前記一対の光束それぞれの前記
分割手段により分割された一方の分割光束を交差させて
移動物体に入射させると共に、前記一対の光束それぞれ
の前記分割手段により分割されたもう一方の分割光束を
前記移動物体および前記分割手段とは異なる位置に配置
された基準物体に共に入射させるための光学手段と、該
光学系により交差された前記一方の光束で照明された移
動物体からの散乱光及び前記もう一方の分割光束を共に
入射された基準物体より出射する光をそれぞれ受光する
受光手段と、該受光手段でそれぞれ受光された光のそれ
ぞれの周波数情報を基に移動物体の速度情報を得る演算
手段とを有することを特徴とする。
［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の構成を示し、図中、反射
型回折格子10は、円筒11の側面上に格子ピツチｄが1.6
μｍで配列されており、±１次回折光を効率よく取出す
ことができるように設計されている。波長λが約0.78μ
ｍのレーザダイオード１から発射されたレーザ光は、コ
リメータレンズ２によって直径約2mmφの平行光束３と
なる。円筒11は図示しないDCモータの駆動軸11aに取付
けられ、一定の周速Vgで駆動される。回転する円筒11の
周面に形成される反射型回折格子10に平行光束３が入射
すると、±１次回折光5a,5bは回折角θ０≒29゜で射出
する。この際、回折格子10は一定の周速Vgで移動してい
るため、回折光5a,5bは正負のドツプラシフト±Vg/dを
受ける。
型回折格子10は、円筒11の側面上に格子ピツチｄが1.6
μｍで配列されており、±１次回折光を効率よく取出す
ことができるように設計されている。波長λが約0.78μ
ｍのレーザダイオード１から発射されたレーザ光は、コ
リメータレンズ２によって直径約2mmφの平行光束３と
なる。円筒11は図示しないDCモータの駆動軸11aに取付
けられ、一定の周速Vgで駆動される。回転する円筒11の
周面に形成される反射型回折格子10に平行光束３が入射
すると、±１次回折光5a,5bは回折角θ０≒29゜で射出
する。この際、回折格子10は一定の周速Vgで移動してい
るため、回折光5a,5bは正負のドツプラシフト±Vg/dを
受ける。
そして互いに平行なミラー６、６′に反射した回折光
5a,5bは、ハーフミラー12、12′によりそれぞれ二分割
し、一方は回折光5c,5dとなって被検物体７に二光束照
射し、もう一方は回折光5e,5fとなって、基準物体であ
る反射型の回折格子13に二光束照射される。この反射型
回折格子13の格子ピツチは回折格子10の格子ピツチと同
一の1.6μｍに設定されており、発生する回折光が効率
良く光検出器14の方向に発生するようになっている。
5a,5bは、ハーフミラー12、12′によりそれぞれ二分割
し、一方は回折光5c,5dとなって被検物体７に二光束照
射し、もう一方は回折光5e,5fとなって、基準物体であ
る反射型の回折格子13に二光束照射される。この反射型
回折格子13の格子ピツチは回折格子10の格子ピツチと同
一の1.6μｍに設定されており、発生する回折光が効率
良く光検出器14の方向に発生するようになっている。
光検出器９は回折光5c,5dにより被検物体７から生じ
た反射散乱光をレンズ８を介して受光し光電変換する。
そして光検出器９は上記（６）式においてｎ＝１を代入
して得られる、回折格子10の周速Vgと被検物体７の移動
速度Ｖに応じた、 Ｆ＝２（Vg＋Ｖ）/d …（８） なるレーザ光の波長によらないドツプラ周波数を有する
信号を出力する。
た反射散乱光をレンズ８を介して受光し光電変換する。
そして光検出器９は上記（６）式においてｎ＝１を代入
して得られる、回折格子10の周速Vgと被検物体７の移動
速度Ｖに応じた、 Ｆ＝２（Vg＋Ｖ）/d …（８） なるレーザ光の波長によらないドツプラ周波数を有する
信号を出力する。
一方、光検出器14は回折光5e,5fにより回折格子13で
生じた反射散乱光を受光し光電変換する。そして光検出
器14は回折格子10の周速Vgに応じた、 Fg＝2Vg/d …（９） なるレーザ光の波長によらないドツプラ周波数を有する
信号を出力する。
生じた反射散乱光を受光し光電変換する。そして光検出
器14は回折格子10の周速Vgに応じた、 Fg＝2Vg/d …（９） なるレーザ光の波長によらないドツプラ周波数を有する
信号を出力する。
ここでＦ−Fgを演算すると、 Ｆ−Fg＝2V/d となり、回折格子の移動速度Vgが消えて、移動物体の移
動速度Ｖを求めることができる。この演算は第２図に示
すような処理回路を用いて以下のように行なう。
動速度Ｖを求めることができる。この演算は第２図に示
すような処理回路を用いて以下のように行なう。
第２図に示すように、光検出器９からの出力信号、す
なわち移動物体７からの散乱光検出信号は、増幅器（AM
P）81で増幅し、増幅器81で増幅された信号をハイパス
フイルタ（HPF）82を介して周波数−電圧変換器（F/V）
83へ入力する。周波数−電圧変換器83は、上記（８）式
のＦに応じた電圧を出力する。
なわち移動物体７からの散乱光検出信号は、増幅器（AM
P）81で増幅し、増幅器81で増幅された信号をハイパス
フイルタ（HPF）82を介して周波数−電圧変換器（F/V）
83へ入力する。周波数−電圧変換器83は、上記（８）式
のＦに応じた電圧を出力する。
一方、光検出器14からの出力信号、すなわち基準物体
である回折格子13からの散乱光検出信号は、増幅器（AM
P）84で増幅し、増幅器84で増幅された信号をハイパス
フイルタ（HPF）85を介して周波数−電圧変換器（F/V）
86へ入力する。周波数−電圧変換器86は、上記（９）式
のFgに応じた電圧を出力する。次に差動増幅器87では周
波数−電圧変換器83、86の差の電圧を±の符号付きで出
力する。すなわち差動増幅器87では実質的にＦ−Fgの演
算を行なう。この出力電圧は、上記（10）式に示すよう
に2V/dに対応したものであり、その絶対値は被検物体７
の速度Ｖの絶対値を表わし、±の符号は移動の方向を表
わす。本実施例では＋の符号は第７図の矢印の方向であ
る。
である回折格子13からの散乱光検出信号は、増幅器（AM
P）84で増幅し、増幅器84で増幅された信号をハイパス
フイルタ（HPF）85を介して周波数−電圧変換器（F/V）
86へ入力する。周波数−電圧変換器86は、上記（９）式
のFgに応じた電圧を出力する。次に差動増幅器87では周
波数−電圧変換器83、86の差の電圧を±の符号付きで出
力する。すなわち差動増幅器87では実質的にＦ−Fgの演
算を行なう。この出力電圧は、上記（10）式に示すよう
に2V/dに対応したものであり、その絶対値は被検物体７
の速度Ｖの絶対値を表わし、±の符号は移動の方向を表
わす。本実施例では＋の符号は第７図の矢印の方向であ
る。
なお、この方式によれば、被検物体を停止させてＶ＝
０の時に差動増幅器87の出力を０となるように電気回路
を設定すれば容易に基準点の調整が行なえる。
０の時に差動増幅器87の出力を０となるように電気回路
を設定すれば容易に基準点の調整が行なえる。
さて、次に本発明の他の実施例を第３図を用いて説明
する。なお第１図と同一の符号は同一又は同等の部材を
表わす。
する。なお第１図と同一の符号は同一又は同等の部材を
表わす。
先の実施例では、回折格子を移動させる手段として、
円筒の側面上に回折格子を形成して円筒を回転させるこ
とにより回折格子を移動させた。これに対して本実施例
では円筒の代わりに円盤を使用することを特徴とする。
円筒の側面上に回折格子を形成して円筒を回転させるこ
とにより回折格子を移動させた。これに対して本実施例
では円筒の代わりに円盤を使用することを特徴とする。
回転する円盤15の周辺には格子ピツチｄ＝1.6μｍの
反射型回折格子10が円周に沿って形成されている。円盤
15はモータの駆動軸15aに取付けられており、駆動軸15a
回転させることにより円盤15が回転し、円盤15上に形成
した回折格子10が、入射光束に対して速度Vgで移動す
る。よって回折格子10によりVgのドツプラシフトを受け
た回折光5a,5bが形成され前記実施例と同様な原理で測
定が行なえる。
反射型回折格子10が円周に沿って形成されている。円盤
15はモータの駆動軸15aに取付けられており、駆動軸15a
回転させることにより円盤15が回転し、円盤15上に形成
した回折格子10が、入射光束に対して速度Vgで移動す
る。よって回折格子10によりVgのドツプラシフトを受け
た回折光5a,5bが形成され前記実施例と同様な原理で測
定が行なえる。
なお、本発明は以上の各実施例の形態に限定されるも
のでは無く、様々な変形形態をとることができる。
のでは無く、様々な変形形態をとることができる。
例えば回折光を形成するための回折格子10は透過型の
回折格子を用いても良い。
回折格子を用いても良い。
又、基準物体である回折格子13の代わりに、散乱反射
部材、例えうばアルミ部材の表面を粗くしたものを用い
ても同様の作用が得られる。
部材、例えうばアルミ部材の表面を粗くしたものを用い
ても同様の作用が得られる。
又、速度Ｖの測定も、第２図に示した方法には限ら
ず、ドツプラ周波数Ｆ及びFgよりそれぞれ速度Ｖ′＝
（Ｖ＋Vg）とVgを測定し、、Ｖ＝Ｖ′−VgとしてＶを求
めるようにしても良い。
ず、ドツプラ周波数Ｆ及びFgよりそれぞれ速度Ｖ′＝
（Ｖ＋Vg）とVgを測定し、、Ｖ＝Ｖ′−VgとしてＶを求
めるようにしても良い。
更には上述の各実施例では、回折格子10から射出する
±１次回折光を用いた例を示したが、±ｎ次回折光（ｎ
は自然数）を用いても良く、又次数が異なる例えば０次
光とｎ次光の二光束を用いても良い。
±１次回折光を用いた例を示したが、±ｎ次回折光（ｎ
は自然数）を用いても良く、又次数が異なる例えば０次
光とｎ次光の二光束を用いても良い。
［発明の効果］ 以上本発明によれば、測定値が原理的に照明光の周波
数変動の影響を受けず、例えば移動回折格子で回折する
ことによって生じる一対の周波数の異なる光束を用いて
測定を行っても、この際の回折格子の移動を精密に制御
せずとも充分精度の高い測定ができる。即ち一対の周波
数の異なる光束を発生する手段の発生周波数の精度に関
わらずに高精度な測定が実現できるので、装置をコンパ
クト化、低コスト化することが可能になる。
数変動の影響を受けず、例えば移動回折格子で回折する
ことによって生じる一対の周波数の異なる光束を用いて
測定を行っても、この際の回折格子の移動を精密に制御
せずとも充分精度の高い測定ができる。即ち一対の周波
数の異なる光束を発生する手段の発生周波数の精度に関
わらずに高精度な測定が実現できるので、装置をコンパ
クト化、低コスト化することが可能になる。
第１図は本発明の一実施例の構成図、 第２図は実施例の電気処理回路の図、 第３図は他の実施例の構成図、 第４図は従来のドツプラ速度計の構成図、 第５図は半導体レーザの特性図、 第６図は回折格子の説明図、 第７図、第８図は本願出願人が提案したドツプラ速度計
の構成図、 第９図は移動物体の速度Ｖとドツプラ周波数Ｆの関係を
示す図、 であり、図中の主な符号は、 １……レーザ光源、 ２……コリメータレンズ、 ４……ビームスプリツタ、 ６、６′……ミラー、 ７……移動物体、 ８……集光レンズ、 ９、14……光検出器、 10……回折格子、 11……円筒、 12、12′……ハーフミラー、 13……基準物体、 15……円盤、
の構成図、 第９図は移動物体の速度Ｖとドツプラ周波数Ｆの関係を
示す図、 であり、図中の主な符号は、 １……レーザ光源、 ２……コリメータレンズ、 ４……ビームスプリツタ、 ６、６′……ミラー、 ７……移動物体、 ８……集光レンズ、 ９、14……光検出器、 10……回折格子、 11……円筒、 12、12′……ハーフミラー、 13……基準物体、 15……円盤、
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 (56)参考文献 特開 平３−235060（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−268286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−107588（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−198079（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01P 3/36 G01P 5/00 G01B 11/00
Claims (2)
- 【請求項１】光束を所定の入射角で移動物体に入射さ
せ、移動物体からの散乱光に基づいて移動物体の速度情
報を検出するドップラー速度計において、 光源から射出した光束を回折させて少なくとも一対の回
折光を形成する回折格子、 前記一対の回折光に異なるドップラーシフトを与えるべ
く前記回折格子を移動させる駆動手段、 前記射出する一対の回折光をそれぞれ分割する分割手
段、 前記一対の回折光それぞれの前記分割手段により分割さ
れた一方の分割光束を交差させて移動物体に入射させる
と共に、前記一対の回折光それぞれの前記分割手段によ
り分割されたもう一方の分割光束を前記移動物体および
前記分割手段とは異なる位置に配置された基準物体に共
に入射させる光学手段、 該光学手段により交差された前記一方の光束で照明され
た移動物体からの散乱光及び前記もう一方の分割光束を
共に入射された基準物体より出射する光をそれぞれ受光
する受光手段、 該受光手段でそれぞれ受光された光のそれぞれの周波数
情報を基に移動物体の速度情報を得る演算手段、 を有することを特徴とするドップラ速度計。 - 【請求項２】移動物体からの散乱光に基づいて移動物体
の速度情報を検出するドップラー速度計において、異な
る周波数を有する一対の光束を発生させるための光束発
生手段と、前記一対の光束をそれぞれ分割する分割手段
と、前記一対の光束それぞれの前記分割手段により分割
された一方の分割光束を交差させて移動物体に入射させ
ると共に、前記一対の光束それぞれの前記分割手段によ
り分割されたもう一方の分割光束を前記移動物体および
前記分割手段とは異なる位置に配置された基準物体に共
に入射させるための光学手段と、該光学系により交差さ
れた前記一方の光束で照明された移動物体からの散乱光
及び前記もう一方の分割光束を共に入射された基準物体
より出射する光をそれぞれ受光する受光手段と、該受光
手段でそれぞれ受光された光のそれぞれの周波数情報を
基に移動物体の速度情報を得る演算手段とを有すること
を特徴とするドップラ速度計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2130622A JP2801360B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ドツプラ速度計 |
| US07/702,427 US5229830A (en) | 1990-05-21 | 1991-05-20 | Doppler velocimeter |
| DE69127497T DE69127497T2 (de) | 1990-05-21 | 1991-05-21 | Dopplergeschwindigkeitsmesser |
| EP91108199A EP0458272B1 (en) | 1990-05-21 | 1991-05-21 | Doppler velocimeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2130622A JP2801360B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ドツプラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0425795A JPH0425795A (ja) | 1992-01-29 |
| JP2801360B2 true JP2801360B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=15038636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2130622A Expired - Fee Related JP2801360B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ドツプラ速度計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229830A (ja) |
| EP (1) | EP0458272B1 (ja) |
| JP (1) | JP2801360B2 (ja) |
| DE (1) | DE69127497T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3082533B2 (ja) * | 1993-08-23 | 2000-08-28 | キヤノン株式会社 | レーザードップラー速度計 |
| JP3342141B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2002-11-05 | キヤノン株式会社 | 速度測定装置 |
| JP3513247B2 (ja) * | 1994-07-11 | 2004-03-31 | キヤノン株式会社 | 周波数シフター及びそれを用いた光学式変位計測装置 |
| JP3450446B2 (ja) * | 1994-08-03 | 2003-09-22 | キヤノン株式会社 | 光学式変位検出装置 |
| US5610705A (en) * | 1995-02-16 | 1997-03-11 | Northrop Grumman Corporation | Doppler velocimeter |
| JPH09113523A (ja) * | 1995-10-23 | 1997-05-02 | Canon Inc | ドップラー速度計及び駆動システム |
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| US6875973B2 (en) * | 2000-08-25 | 2005-04-05 | Amnis Corporation | Auto focus for a flow imaging system |
| US6532061B2 (en) | 2000-08-25 | 2003-03-11 | Amnis Corporation | Measuring the velocity of small moving objects such as cells |
| US20040227954A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-18 | Tong Xie | Interferometer based navigation device |
| US7321359B2 (en) * | 2003-07-30 | 2008-01-22 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and device for optical navigation |
| US6934037B2 (en) * | 2003-10-06 | 2005-08-23 | Agilent Technologies, Inc. | System and method for optical navigation using a projected fringe technique |
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| US7450222B1 (en) | 2007-07-02 | 2008-11-11 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Correlated-intensity velocimeter for arbitrary reflector |
| DE102007038013B4 (de) * | 2007-08-10 | 2009-06-25 | Fraba Ag | Verfahren zur optischen Messung von Geschwindigkeiten und Sensor zur optischen Messung von Geschwindigkeiten |
| DE102007063355B4 (de) * | 2007-12-28 | 2012-03-29 | Fraba Ag | Verfahren zur optischen Messung von Geschwindigkeiten nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren und Sensor zur optischen Messung von Geschwindigkeiten |
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| US3604804A (en) * | 1968-12-27 | 1971-09-14 | Gen Electric | Noncontacting motion sensor |
| JPS6139793Y2 (ja) * | 1980-05-09 | 1986-11-14 | ||
| JPS5736241A (ja) * | 1980-08-14 | 1982-02-27 | Nippon Light Metal Co | Kochikubutsutonomejibuniokerusuimitsupatsukinguoyobisuimitsukozo |
| US4470696A (en) * | 1981-10-14 | 1984-09-11 | Systems Research Laboratories, Inc. | Laser doppler velocimeter |
| NL8301917A (nl) * | 1983-05-31 | 1984-12-17 | Philips Nv | Werkwijze voor het meten van de snelheid en/of de lengte van voorwerpen en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. |
| JPS6139712U (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-13 | ワイケイケイ株式会社 | ユニツト式カ−テンウオ−ルにおける左右連結部の雨仕舞い装置 |
| US4721385A (en) * | 1985-02-11 | 1988-01-26 | Raytheon Company | FM-CW laser radar system |
| DE3736772A1 (de) * | 1987-08-05 | 1989-05-11 | Bundesrep Deutschland | Laser-doppler-anemometer |
| EP0302444B1 (de) * | 1987-08-05 | 1991-11-13 | B.R. Deutschland, vertr.d. Bundesministerium f. Wirtschaft u. Technologie, dieses vertr.d. Präs. d. Phys.-Techn. Bundesanstalt | Laser-Doppler-Anemometer |
| JP2504544B2 (ja) * | 1988-11-14 | 1996-06-05 | 日本板硝子株式会社 | 多次元レ―ザドップラ速度計 |
| EP0391278B1 (en) * | 1989-03-31 | 1997-10-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Doppler velocity meter |
| FR2649207B1 (fr) * | 1989-06-30 | 1992-10-09 | Thomson Csf | Dispositif embarque dans un engin mobile, pour l'obtention de signaux representatifs de la vitesse relative de l'engin par rapport a un fluide ambiant et appareil de mesure comportant un tel dispositif |
-
1990
- 1990-05-21 JP JP2130622A patent/JP2801360B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-05-20 US US07/702,427 patent/US5229830A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-21 DE DE69127497T patent/DE69127497T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-21 EP EP91108199A patent/EP0458272B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US5229830A (en) | 1993-07-20 |
| EP0458272A2 (en) | 1991-11-27 |
| EP0458272B1 (en) | 1997-09-03 |
| DE69127497T2 (de) | 1998-02-19 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |