JPH0815437A - レーザ速度測定装置 - Google Patents
レーザ速度測定装置Info
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- JPH0815437A JPH0815437A JP17603594A JP17603594A JPH0815437A JP H0815437 A JPH0815437 A JP H0815437A JP 17603594 A JP17603594 A JP 17603594A JP 17603594 A JP17603594 A JP 17603594A JP H0815437 A JPH0815437 A JP H0815437A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 2本のレーザビームを交差させて、交差領域
を通過する微粒子の散乱光から粒子速度を検出するレー
ザ速度測定装置において、比較的簡単な構成で粒子の移
動方向を判別できるようにすること。 【構成】 半導体レーザ1のレーザ光をビームスプリッ
タ2で分割して集束レンズ3により1点で集束させる。
そして交差領域に形成される干渉縞を通過する散乱光を
集光レンズ5によって集光してフォトダイオード6で受
光する。フォトダイオード6は2分割型のフォトダイオ
ードを用いる。フォトダイオード6の2つの領域の双方
から出力が得られたときに、その受光順序に基づいて方
向を判別している。
を通過する微粒子の散乱光から粒子速度を検出するレー
ザ速度測定装置において、比較的簡単な構成で粒子の移
動方向を判別できるようにすること。 【構成】 半導体レーザ1のレーザ光をビームスプリッ
タ2で分割して集束レンズ3により1点で集束させる。
そして交差領域に形成される干渉縞を通過する散乱光を
集光レンズ5によって集光してフォトダイオード6で受
光する。フォトダイオード6は2分割型のフォトダイオ
ードを用いる。フォトダイオード6の2つの領域の双方
から出力が得られたときに、その受光順序に基づいて方
向を判別している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微粒子の速度を測定する
ようにしたレーザ速度測定装置に関するものである。
ようにしたレーザ速度測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より可干渉性及び単色性に優れたレ
ーザ光の特徴に着目してレーザ光を用いて粒子速度を測
定する装置が提案され、近年デュアルビームによるレー
ザ速度計が広く用いられている。デュアルビームレーザ
速度計は同一の偏光面を有するレーザビームを一点で交
差させて干渉縞を形成し、交差領域を粒子が通過すると
きに生じる散乱光が干渉縞に対応した周期的な強度変化
を有することから、粒子速度を測定するものである。こ
のような従来の干渉縞を形成したレーザ速度測定装置で
は、粒子の移動方向を検出することができなかった。そ
こで例えば特開昭62-43569号に示されるように、ブラッ
グセルを用いてデュアルビームのレーザ光のいずれか一
方の周波数をシフトさせ、干渉縞を形成するようにした
装置が知られている。このようなブラッグセルを用いて
干渉縞を形成した場合には、干渉縞が所定の方向に周波
数シフトさせた速度に対応した速度で移動するため、得
られた周波数解析結果に基づいてその移動方向を判別す
ることができる。
ーザ光の特徴に着目してレーザ光を用いて粒子速度を測
定する装置が提案され、近年デュアルビームによるレー
ザ速度計が広く用いられている。デュアルビームレーザ
速度計は同一の偏光面を有するレーザビームを一点で交
差させて干渉縞を形成し、交差領域を粒子が通過すると
きに生じる散乱光が干渉縞に対応した周期的な強度変化
を有することから、粒子速度を測定するものである。こ
のような従来の干渉縞を形成したレーザ速度測定装置で
は、粒子の移動方向を検出することができなかった。そ
こで例えば特開昭62-43569号に示されるように、ブラッ
グセルを用いてデュアルビームのレーザ光のいずれか一
方の周波数をシフトさせ、干渉縞を形成するようにした
装置が知られている。このようなブラッグセルを用いて
干渉縞を形成した場合には、干渉縞が所定の方向に周波
数シフトさせた速度に対応した速度で移動するため、得
られた周波数解析結果に基づいてその移動方向を判別す
ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来のレーザ速度測定装置では、高価なブラッグセル
を必要とし、又信号を受光して周波数を解析した後に方
向を判別する必要があり、信号処理部の構成が複雑にな
るという欠点があった。
な従来のレーザ速度測定装置では、高価なブラッグセル
を必要とし、又信号を受光して周波数を解析した後に方
向を判別する必要があり、信号処理部の構成が複雑にな
るという欠点があった。
【0004】本願の請求項1〜3の発明はこのような従
来の問題点に鑑みてなされたものであって、比較的簡単
な構成で粒子の移動方向を判別することができるレーザ
速度測定装置を提供することを目的とする。
来の問題点に鑑みてなされたものであって、比較的簡単
な構成で粒子の移動方向を判別することができるレーザ
速度測定装置を提供することを目的とする。
【0005】又本願の請求項4の発明はこの課題に加え
て、二次元での粒子の移動方向を判別できるようにする
ことを目的とする。
て、二次元での粒子の移動方向を判別できるようにする
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、単一波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、レー
ザ光源より得られるレーザ光を2分割し、一対の光ビー
ムとするビーム分離手段と、ビーム分離手段より与えら
れる一対の光ビームを1点で交差させる第1の光学手段
と、交差領域を粒子が通過したときに得られる散乱光を
集光する第2の光学手段と、その受光領域が1本の分割
線によって第1,第2の受光領域に2分割され、第2の
光学手段により集光された散乱光を受光し、電気信号に
変換する第1の光電変換器と、第1の光電変換器の第1
の受光領域及び第2の受光領域より得られる受光信号を
加算する加算手段と、加算手段より出力が得られている
間に第1の光電変換器の第1,第2の受光領域より続け
て受光信号が得られる際に、その受光順序によって粒子
の移動方向を判別する方向判別手段と、第1の光電変換
器の出力の交流成分から交差領域を通過する粒子の速度
を検出する速度検出手段と、を具備することを特徴とす
るものである。
は、単一波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、レー
ザ光源より得られるレーザ光を2分割し、一対の光ビー
ムとするビーム分離手段と、ビーム分離手段より与えら
れる一対の光ビームを1点で交差させる第1の光学手段
と、交差領域を粒子が通過したときに得られる散乱光を
集光する第2の光学手段と、その受光領域が1本の分割
線によって第1,第2の受光領域に2分割され、第2の
光学手段により集光された散乱光を受光し、電気信号に
変換する第1の光電変換器と、第1の光電変換器の第1
の受光領域及び第2の受光領域より得られる受光信号を
加算する加算手段と、加算手段より出力が得られている
間に第1の光電変換器の第1,第2の受光領域より続け
て受光信号が得られる際に、その受光順序によって粒子
の移動方向を判別する方向判別手段と、第1の光電変換
器の出力の交流成分から交差領域を通過する粒子の速度
を検出する速度検出手段と、を具備することを特徴とす
るものである。
【0007】本願の請求項2の発明は、単一波長のレー
ザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源より得られる
レーザ光を2分割し、一対の光ビームとするビーム分離
手段と、ビーム分離手段より与えられる一対の光ビーム
を1点で交差させる第1の光学手段と、交差領域を粒子
が通過したときに得られる散乱光を集光する第2の光学
手段と、その受光領域が1本の分割線によって第1,第
2の受光領域に2分割され、第2の光学手段により集光
された散乱光を受光し、電気信号に変換する第1の光電
変換器と、第2の光学手段より集光された散乱光を受光
し電気信号に変換する第2の光電変換器と、第2の光電
変換器より出力が得られている間に第1の光電変換器の
第1,第2の受光領域より続けて受光信号が得られる際
に、その受光順序によって粒子の移動方向を判別する方
向判別手段と、第2の光電変換器の出力の交流成分から
交差領域を通過する粒子の速度を検出する速度検出手段
と、を具備することを特徴とするものである。
ザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源より得られる
レーザ光を2分割し、一対の光ビームとするビーム分離
手段と、ビーム分離手段より与えられる一対の光ビーム
を1点で交差させる第1の光学手段と、交差領域を粒子
が通過したときに得られる散乱光を集光する第2の光学
手段と、その受光領域が1本の分割線によって第1,第
2の受光領域に2分割され、第2の光学手段により集光
された散乱光を受光し、電気信号に変換する第1の光電
変換器と、第2の光学手段より集光された散乱光を受光
し電気信号に変換する第2の光電変換器と、第2の光電
変換器より出力が得られている間に第1の光電変換器の
第1,第2の受光領域より続けて受光信号が得られる際
に、その受光順序によって粒子の移動方向を判別する方
向判別手段と、第2の光電変換器の出力の交流成分から
交差領域を通過する粒子の速度を検出する速度検出手段
と、を具備することを特徴とするものである。
【0008】本願の請求項4の発明は、相異なる第1,
第2の波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、第1,
第2の波長のレーザ光源より得られるレーザ光を夫々2
分割し、各対のレーザビームを含む二面が垂直となる二
対の光ビームとするビーム分離手段と、ビーム分離手段
より与えられる二対の光ビームを1点で交差させる第1
の光学手段と、交差領域を粒子が通過したときに得られ
る散乱光を集光する第2の光学手段と、互いに垂直な2
本の線によって第1〜第4の受光領域に4分割され、第
1,第2の受光領域と第1,第3の受光領域が隣接して
いるように分割された受光領域を有し、第2の光学手段
により集光された第1,第2の波長の散乱光を受光して
電気信号に変換する第1の光電変換器と、第2の光学手
段より集光された第1の波長の散乱光を受光し電気信号
に変換する第2の光電変換器と、第2の光学手段より集
光された第2の波長の散乱光を受光し電気信号に変換す
る第3の光電変換器と、第1の光電変換器の互いに隣接
する第1,第2の受光領域の出力を加算する第1の加算
手段と、第1の光電変換器の互いに隣接する第3,第4
の受光領域の出力を加算する第2の加算手段と、第1の
光電変換器の互いに隣接する第1,第3の受光領域の出
力を加算する第3の加算手段と、第1の光電変換器の互
いに隣接する第2,第4の受光領域の出力を加算する第
4の加算手段と、第3の光電変換器より出力が得られて
いる間に、第1,第2の加算手段より続けて信号が得ら
れたときにその出力の順序に基づいて方向を判別するY
方向判別手段と、第2の光電変換器より出力が得られて
いる間に、第3,第4の加算手段より続けて信号が得ら
れたときにその出力の順序に基づいて方向を判別するX
方向判別手段と、第3の光電変換器の出力に基づいてそ
の周波数よりY方向の速度を検出するY方向速度検出手
段と、第2の光電変換器の出力に基づいてその周波数よ
りX方向の速度を検出するX方向速度検出手段と、を具
備することを特徴とするものである。
第2の波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、第1,
第2の波長のレーザ光源より得られるレーザ光を夫々2
分割し、各対のレーザビームを含む二面が垂直となる二
対の光ビームとするビーム分離手段と、ビーム分離手段
より与えられる二対の光ビームを1点で交差させる第1
の光学手段と、交差領域を粒子が通過したときに得られ
る散乱光を集光する第2の光学手段と、互いに垂直な2
本の線によって第1〜第4の受光領域に4分割され、第
1,第2の受光領域と第1,第3の受光領域が隣接して
いるように分割された受光領域を有し、第2の光学手段
により集光された第1,第2の波長の散乱光を受光して
電気信号に変換する第1の光電変換器と、第2の光学手
段より集光された第1の波長の散乱光を受光し電気信号
に変換する第2の光電変換器と、第2の光学手段より集
光された第2の波長の散乱光を受光し電気信号に変換す
る第3の光電変換器と、第1の光電変換器の互いに隣接
する第1,第2の受光領域の出力を加算する第1の加算
手段と、第1の光電変換器の互いに隣接する第3,第4
の受光領域の出力を加算する第2の加算手段と、第1の
光電変換器の互いに隣接する第1,第3の受光領域の出
力を加算する第3の加算手段と、第1の光電変換器の互
いに隣接する第2,第4の受光領域の出力を加算する第
4の加算手段と、第3の光電変換器より出力が得られて
いる間に、第1,第2の加算手段より続けて信号が得ら
れたときにその出力の順序に基づいて方向を判別するY
方向判別手段と、第2の光電変換器より出力が得られて
いる間に、第3,第4の加算手段より続けて信号が得ら
れたときにその出力の順序に基づいて方向を判別するX
方向判別手段と、第3の光電変換器の出力に基づいてそ
の周波数よりY方向の速度を検出するY方向速度検出手
段と、第2の光電変換器の出力に基づいてその周波数よ
りX方向の速度を検出するX方向速度検出手段と、を具
備することを特徴とするものである。
【0009】
【作用】このような特徴を有する本願の請求項1の発明
によれば、レーザ光源のレーザ光をビーム分離手段で分
離し、第1の光学手段で1点で交差させる。こうすれば
交差領域で干渉縞が形成される。この交差領域を微粒子
が通過すれば散乱光が得られ、散乱光を第2の光学手段
で集光して第1の光電変換器により受光する。第1の光
電変換器は第1,第2の受光領域に2分割されているた
め、これらの加算出力が得られている間にその受光順序
によって方向判別手段によりその粒子の移動方向を判別
するようにしている。又加算手段の交流成分からその周
波数に基づいて粒子の速度を検出することができる。
によれば、レーザ光源のレーザ光をビーム分離手段で分
離し、第1の光学手段で1点で交差させる。こうすれば
交差領域で干渉縞が形成される。この交差領域を微粒子
が通過すれば散乱光が得られ、散乱光を第2の光学手段
で集光して第1の光電変換器により受光する。第1の光
電変換器は第1,第2の受光領域に2分割されているた
め、これらの加算出力が得られている間にその受光順序
によって方向判別手段によりその粒子の移動方向を判別
するようにしている。又加算手段の交流成分からその周
波数に基づいて粒子の速度を検出することができる。
【0010】請求項2の発明では、加算手段に代えて交
差領域の全ての領域からの散乱光を受光する第2の光電
変換器を用いている。このため加算手段を用いることな
く粒子の速度が検出できることとなる。
差領域の全ての領域からの散乱光を受光する第2の光電
変換器を用いている。このため加算手段を用いることな
く粒子の速度が検出できることとなる。
【0011】更に請求項4の発明では、異なった波長の
レーザ光源を設け、夫々を2対の光ビームに分離して1
点で集光させる。こうして交差領域を粒子を通過したと
きに第2の光学手段によってその散乱光を集光し、第1
〜第4の受光領域を有する4分割型の第1の光電変換器
と、夫々第1,第2の波長の光に感度を有する第2,第
3の光電変換器によって受光する。そして4分割型の光
電変換器の出力は互いに隣接する受光領域毎に第1〜第
4の加算手段で加算する。こうして第2又は第3の光電
変換器の出力が得られたときに、第1,第2の加算手段
の出力の順序及び第3,第4の加算手段の出力の順序に
基づいて、Y方向及びX方向の粒子の方向の正負を判別
する。同時に第2,第3の光電変換の出力の交流成分か
らY方向及びX方向の速度成分を算出するようにしたも
のである。
レーザ光源を設け、夫々を2対の光ビームに分離して1
点で集光させる。こうして交差領域を粒子を通過したと
きに第2の光学手段によってその散乱光を集光し、第1
〜第4の受光領域を有する4分割型の第1の光電変換器
と、夫々第1,第2の波長の光に感度を有する第2,第
3の光電変換器によって受光する。そして4分割型の光
電変換器の出力は互いに隣接する受光領域毎に第1〜第
4の加算手段で加算する。こうして第2又は第3の光電
変換器の出力が得られたときに、第1,第2の加算手段
の出力の順序及び第3,第4の加算手段の出力の順序に
基づいて、Y方向及びX方向の粒子の方向の正負を判別
する。同時に第2,第3の光電変換の出力の交流成分か
らY方向及びX方向の速度成分を算出するようにしたも
のである。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1実施例によるレーザ速度
測定装置の光学系の構成を示す概略図、図2はその信号
処理部の構成を示すブロック図である。これらの図にお
いて単一波長のレーザ光源、例えば半導体レーザ1のレ
ーザビームはビームスプリッタ2に与えられる。ビーム
スプリッタ2は与えられたレーザ光を2本の光強度が等
しい平行なレーザビームに分離する分離手段であって、
そのレーザビームは集束レンズ3に入射される。集束レ
ンズ3は平行なレーザビームを1点の交差領域4に集束
する第1の光学手段である。交差領域4を通過する粒子
による散乱光はレンズ3により集光され、更に散乱光は
レンズ5によって1点で集光される。レンズ3,5は散
乱光を集光する第2の光学手段を構成している。このレ
ンズ5の焦点位置には第1,第2の受光領域を有する第
1の光電変換器、例えば2分割フォトダイオード6が配
置される。2分割フォトダイオード6は図1(a)に集
光レンズ5側からの拡大図を示すように、その半分が受
光領域PD1、上半分が受光領域PD2となっている。
この受光領域は、第1図(b)に示すように交差領域に
形成される干渉縞の方向に平行な方向、即ち図示のもの
では水平方向に分割しておくことが好ましい。これらの
受光領域からの一対の出力は信号処理部7に与えられ
る。
測定装置の光学系の構成を示す概略図、図2はその信号
処理部の構成を示すブロック図である。これらの図にお
いて単一波長のレーザ光源、例えば半導体レーザ1のレ
ーザビームはビームスプリッタ2に与えられる。ビーム
スプリッタ2は与えられたレーザ光を2本の光強度が等
しい平行なレーザビームに分離する分離手段であって、
そのレーザビームは集束レンズ3に入射される。集束レ
ンズ3は平行なレーザビームを1点の交差領域4に集束
する第1の光学手段である。交差領域4を通過する粒子
による散乱光はレンズ3により集光され、更に散乱光は
レンズ5によって1点で集光される。レンズ3,5は散
乱光を集光する第2の光学手段を構成している。このレ
ンズ5の焦点位置には第1,第2の受光領域を有する第
1の光電変換器、例えば2分割フォトダイオード6が配
置される。2分割フォトダイオード6は図1(a)に集
光レンズ5側からの拡大図を示すように、その半分が受
光領域PD1、上半分が受光領域PD2となっている。
この受光領域は、第1図(b)に示すように交差領域に
形成される干渉縞の方向に平行な方向、即ち図示のもの
では水平方向に分割しておくことが好ましい。これらの
受光領域からの一対の出力は信号処理部7に与えられ
る。
【0013】図2において信号処理部7はフォトダイオ
ード6の受光領域PD1,PD2の出力を夫々電圧に変
換して増幅する増幅器10,11を有しており、これら
の出力は方向判別手段12のAM検波器13,14及び
加算器15に与えられる。加算器15はこの増幅器1
0,11の出力を加算する加算手段であって、その出力
はAM検波器16及びAC増幅器17に入力される。A
M検波器13,14及び16は入力された信号の包絡線
検波を行う検波器であって、夫々の出力はコンパレータ
18〜20に入力される。コンパレータ18〜20は所
定の閾値で入力信号を弁別して二値化するものであっ
て、その出力は方向判別回路21に入力される。方向判
別回路21は、コンパレータ20から出力が得られてい
る間にコンパレータ18及び19の双方から信号が得ら
れたときにのみ、方向を判別するものである。この方向
判別はコンパレータ18及び19のいずれかに先に信号
が入力されたかによって+方向及び−方向のいずれかと
判別する。そして判別出力は外部に出力され、同時に周
波数解析回路22にも出力される。一方AC増幅器17
は加算器15の出力のうち交流成分を増幅して周波数解
析回路22に出力するものとする。周波数解析回路22
は方向判別出力が得られたときに、AC増幅器17の出
力の周波数に基づいて速度を算出する速度検出手段であ
る。周波数解析回路22は例えば高速フーリエ変換(F
FT)を行い、周波数軸上で所定レベルを越える周波数
の信号を粒子の速度として出力するものである。
ード6の受光領域PD1,PD2の出力を夫々電圧に変
換して増幅する増幅器10,11を有しており、これら
の出力は方向判別手段12のAM検波器13,14及び
加算器15に与えられる。加算器15はこの増幅器1
0,11の出力を加算する加算手段であって、その出力
はAM検波器16及びAC増幅器17に入力される。A
M検波器13,14及び16は入力された信号の包絡線
検波を行う検波器であって、夫々の出力はコンパレータ
18〜20に入力される。コンパレータ18〜20は所
定の閾値で入力信号を弁別して二値化するものであっ
て、その出力は方向判別回路21に入力される。方向判
別回路21は、コンパレータ20から出力が得られてい
る間にコンパレータ18及び19の双方から信号が得ら
れたときにのみ、方向を判別するものである。この方向
判別はコンパレータ18及び19のいずれかに先に信号
が入力されたかによって+方向及び−方向のいずれかと
判別する。そして判別出力は外部に出力され、同時に周
波数解析回路22にも出力される。一方AC増幅器17
は加算器15の出力のうち交流成分を増幅して周波数解
析回路22に出力するものとする。周波数解析回路22
は方向判別出力が得られたときに、AC増幅器17の出
力の周波数に基づいて速度を算出する速度検出手段であ
る。周波数解析回路22は例えば高速フーリエ変換(F
FT)を行い、周波数軸上で所定レベルを越える周波数
の信号を粒子の速度として出力するものである。
【0014】次に本実施例の動作について図3のタイム
チャートを参照しつつ説明する。まず図1において半導
体レーザ1を発振させると、レーザビームはビームスプ
リッタ2によって分離されて平行なレーザビームとなっ
てレンズ3により1点で集束される。このとき交差領域
4には図1(b)に拡大図を示すように、干渉縞が形成
される。
チャートを参照しつつ説明する。まず図1において半導
体レーザ1を発振させると、レーザビームはビームスプ
リッタ2によって分離されて平行なレーザビームとなっ
てレンズ3により1点で集束される。このとき交差領域
4には図1(b)に拡大図を示すように、干渉縞が形成
される。
【0015】さてこの交差領域内をX軸の正方向の向き
に微粒子が通過したものとする。X軸の正方向に微粒子
が通過すれば、交差領域4を貫通してその干渉縞に応じ
た振幅の信号が光電変換器であるフォトダイオード6に
得られる。このときX軸の+方向に通過する場合には、
まず受光領域PD1側に信号が得られ、次いで受光領域
PD2側に入射される。従って図3(a),(b)に示
すように、受光領域PD1とPD2に得られる信号はわ
ずかにタイムラグを生じることとなる。一方加算器15
の出力はこれらを加算したものであるため、図3(c)
に示すようにこれらを含めた信号となる。従ってAM検
波器13,14,16の出力は図3(a),(b),
(c)に示す信号の包絡線信号となり、これをコンパレ
ータ18〜20で二値化することによって、図3(d)
〜(f)の信号が得られることとなる。このように時刻
t1〜t3の間に微粒子Pが交差領域4をX軸の+方向に移
動すれば、まずコンパレータ20の出力がHレベルの間
にコンパレータ18側から出力が得られ、次いでコンパ
レータ19より出力が得られる。方向判別回路21はこ
のように入力の順序によってX軸の+方向に微粒子が通
過したものと判別するものである。このような判別結果
は外部に出力され、同時に周波数解析回路22にも入力
される。周波数解析回路22は方向判別信号が得られた
ときにのみ、加算器15の高周波成分のみからその周波
数によって物体の粒子を算出し出力する。こうすれば物
体の方向と速度を同時に誤りなく判別することができ
る。
に微粒子が通過したものとする。X軸の正方向に微粒子
が通過すれば、交差領域4を貫通してその干渉縞に応じ
た振幅の信号が光電変換器であるフォトダイオード6に
得られる。このときX軸の+方向に通過する場合には、
まず受光領域PD1側に信号が得られ、次いで受光領域
PD2側に入射される。従って図3(a),(b)に示
すように、受光領域PD1とPD2に得られる信号はわ
ずかにタイムラグを生じることとなる。一方加算器15
の出力はこれらを加算したものであるため、図3(c)
に示すようにこれらを含めた信号となる。従ってAM検
波器13,14,16の出力は図3(a),(b),
(c)に示す信号の包絡線信号となり、これをコンパレ
ータ18〜20で二値化することによって、図3(d)
〜(f)の信号が得られることとなる。このように時刻
t1〜t3の間に微粒子Pが交差領域4をX軸の+方向に移
動すれば、まずコンパレータ20の出力がHレベルの間
にコンパレータ18側から出力が得られ、次いでコンパ
レータ19より出力が得られる。方向判別回路21はこ
のように入力の順序によってX軸の+方向に微粒子が通
過したものと判別するものである。このような判別結果
は外部に出力され、同時に周波数解析回路22にも入力
される。周波数解析回路22は方向判別信号が得られた
ときにのみ、加算器15の高周波成分のみからその周波
数によって物体の粒子を算出し出力する。こうすれば物
体の方向と速度を同時に誤りなく判別することができ
る。
【0016】さて微粒子P′がX軸の−方向に交差領域
4を通過した場合には、時刻t4〜t6に示すようにまず受
光領域PD2側に信号が得られ、次いで受光領域PD1
に信号が得られる。従って同様の処理を行うことによっ
て、コンパレータ20から出力が得られている間にまず
コンパレータ19、次いでコンパレータ18から出力が
得られることとなって、負方向に微粒子が通過したもの
と判断することができる。この場合にも同様に周波数に
基づいて粒子のX軸方向の速度成分が判別できる。
4を通過した場合には、時刻t4〜t6に示すようにまず受
光領域PD2側に信号が得られ、次いで受光領域PD1
に信号が得られる。従って同様の処理を行うことによっ
て、コンパレータ20から出力が得られている間にまず
コンパレータ19、次いでコンパレータ18から出力が
得られることとなって、負方向に微粒子が通過したもの
と判断することができる。この場合にも同様に周波数に
基づいて粒子のX軸方向の速度成分が判別できる。
【0017】さて微粒子が交差領域4の一方、例えばP
D1に散乱光が得られる領域のみをかすめた場合には、
受光領域PD1側のみから信号が得られ受光領域PD2
には出力が得られない。この場合には方向を判別するこ
とができないため、方向判別回路21は方向判別出力を
出さず、周波数解析回路22に禁止信号を与える。この
場合には速度算出が禁止され、誤った出力を出すのを防
止している。又複数の粒子が連続して通過した場合にも
コンパレータ18,19の出力の前後判別が誤る可能性
がある。従ってコンパレータ20がHレベルの間にのみ
これらの前後関係を判別することによってこのような誤
りを未然に防止することができる。
D1に散乱光が得られる領域のみをかすめた場合には、
受光領域PD1側のみから信号が得られ受光領域PD2
には出力が得られない。この場合には方向を判別するこ
とができないため、方向判別回路21は方向判別出力を
出さず、周波数解析回路22に禁止信号を与える。この
場合には速度算出が禁止され、誤った出力を出すのを防
止している。又複数の粒子が連続して通過した場合にも
コンパレータ18,19の出力の前後判別が誤る可能性
がある。従ってコンパレータ20がHレベルの間にのみ
これらの前後関係を判別することによってこのような誤
りを未然に防止することができる。
【0018】尚前述した第1実施例は集光レンズ5の焦
点位置にフォトダイオード6を配置しているが、図4に
示すように集光レンズ5とフォトダイオード6との間に
ハーフミラー8を設け、このハーフミラー8を透過する
位置にフォトダイオード6,反射する位置にフォトダイ
オード9を設けてもよい。フォトダイオード9はレーザ
ビームの交差領域の全ての部分から得られる散乱光を電
気信号に変換する第2の光電変換器であって、その出力
は信号処理部7Aに与えられる。信号処理部7Aは図2
のものとほぼ同一であるが、加算器15に代えてフォト
ダイオード9の増幅出力を直接方向判別手段12のAM
検波器16及びAC増幅器17に与えて処理する。この
場合には加算処理を必要としないため、より高感度で速
度を検出することができる。
点位置にフォトダイオード6を配置しているが、図4に
示すように集光レンズ5とフォトダイオード6との間に
ハーフミラー8を設け、このハーフミラー8を透過する
位置にフォトダイオード6,反射する位置にフォトダイ
オード9を設けてもよい。フォトダイオード9はレーザ
ビームの交差領域の全ての部分から得られる散乱光を電
気信号に変換する第2の光電変換器であって、その出力
は信号処理部7Aに与えられる。信号処理部7Aは図2
のものとほぼ同一であるが、加算器15に代えてフォト
ダイオード9の増幅出力を直接方向判別手段12のAM
検波器16及びAC増幅器17に与えて処理する。この
場合には加算処理を必要としないため、より高感度で速
度を検出することができる。
【0019】次に本発明の第3実施例について図5,図
6を参照しつつ説明する。図5は第2実施例の光学系部
分を示す斜視図である。本図において半導体レーザ31
は波長λ1,半導体レーザ32はこれと異なった第2の
波長λ2のレーザ光を発振するレーザ光源であって、そ
の出力はビームスプリッタ33,34に与えられる。ビ
ームスプリッタ33,34は入射したレーザビームを平
行でX軸及びY軸に沿った面に分離するビーム分離手段
であり、分離したレーザビームの中心線を共通にするも
のとする。そしてこれらの4本のレーザビームは集束レ
ンズ35によって1点で集束される。そうすれば交差領
域36にはビームスプリッタ33で分離したX軸を含む
平面でのレーザビームによって第1実施例と同様に図5
(b)に示す干渉縞が形成される。又ビームスプリッタ
34から出力されるレーザビームによって図5(c)に
示す縦方向の干渉縞が同一の交差領域36に形成され
る。この交差領域36を通過する場合には散乱光が得ら
れる。この散乱光は集束レンズ35によって集光され、
ミラー37によって反射される。そしてハーフミラー3
8によってその散乱光を分離し、一方を集光レンズ39
を介して第1の光電変換器であるフォトダイオード40
に導く。又ハーフミラー38を透過した光を更にハーフ
ミラー41に入射させる。ハーフミラー41で反射され
た光及び透過した光は夫々集光レンズを介して第2,第
3の光電変換器であるフォトダイオード42,43に導
かれる。ここでフォトダイオード40は図5(d)に示
すように、Z軸方向から見てX軸とY軸、即ち図5
(b),(c)に示す交差領域の干渉縞に平行な2本の
線で受光領域が第1〜第4に4分割され、夫々の受光領
域をPD1〜PD4とする。ここで第1,第2の受光領
域PD1,PD2と第1,第3の受光領域PD1,PD
3は互いに隣接しており、受光領域PD1とPD3とは
互いに対称な位置にあるものとする。一方フォトダイオ
ード42,43はその前面にカラーフィルタ44,45
が夫々配置され、ほぼ同一位置に位置しており、交差領
域の全ての部分の散乱光を検出するものである。カラー
フィルタ44,45は夫々の波長λ1,λ2毎に散乱光
を分離するものである。フォトダイオード42は第1の
波長λ1、フォトダイオード43は第2の波長λ2のレ
ーザ光を受光するものである。
6を参照しつつ説明する。図5は第2実施例の光学系部
分を示す斜視図である。本図において半導体レーザ31
は波長λ1,半導体レーザ32はこれと異なった第2の
波長λ2のレーザ光を発振するレーザ光源であって、そ
の出力はビームスプリッタ33,34に与えられる。ビ
ームスプリッタ33,34は入射したレーザビームを平
行でX軸及びY軸に沿った面に分離するビーム分離手段
であり、分離したレーザビームの中心線を共通にするも
のとする。そしてこれらの4本のレーザビームは集束レ
ンズ35によって1点で集束される。そうすれば交差領
域36にはビームスプリッタ33で分離したX軸を含む
平面でのレーザビームによって第1実施例と同様に図5
(b)に示す干渉縞が形成される。又ビームスプリッタ
34から出力されるレーザビームによって図5(c)に
示す縦方向の干渉縞が同一の交差領域36に形成され
る。この交差領域36を通過する場合には散乱光が得ら
れる。この散乱光は集束レンズ35によって集光され、
ミラー37によって反射される。そしてハーフミラー3
8によってその散乱光を分離し、一方を集光レンズ39
を介して第1の光電変換器であるフォトダイオード40
に導く。又ハーフミラー38を透過した光を更にハーフ
ミラー41に入射させる。ハーフミラー41で反射され
た光及び透過した光は夫々集光レンズを介して第2,第
3の光電変換器であるフォトダイオード42,43に導
かれる。ここでフォトダイオード40は図5(d)に示
すように、Z軸方向から見てX軸とY軸、即ち図5
(b),(c)に示す交差領域の干渉縞に平行な2本の
線で受光領域が第1〜第4に4分割され、夫々の受光領
域をPD1〜PD4とする。ここで第1,第2の受光領
域PD1,PD2と第1,第3の受光領域PD1,PD
3は互いに隣接しており、受光領域PD1とPD3とは
互いに対称な位置にあるものとする。一方フォトダイオ
ード42,43はその前面にカラーフィルタ44,45
が夫々配置され、ほぼ同一位置に位置しており、交差領
域の全ての部分の散乱光を検出するものである。カラー
フィルタ44,45は夫々の波長λ1,λ2毎に散乱光
を分離するものである。フォトダイオード42は第1の
波長λ1、フォトダイオード43は第2の波長λ2のレ
ーザ光を受光するものである。
【0020】次に第3実施例の3つのフォトダイオード
40,42,43を用いた信号処理部50の構成につい
て図6を用いて説明する。フォトダイオード40の受光
領域PD1〜PD4の出力は、夫々第1〜第4の加算器
51〜54に入力され加算される。第1の加算器51は
受光領域PD1とPD2の出力の加算、第2の加算器5
2は受光領域PD3とPD4の出力を加算する加算手段
であり、第3の加算器53は受光領域PD1とPD3の
出力の加算、第4の加算器54は受光領域PD2とPD
4との出力を夫々加算する加算手段である。加算器5
1,52の出力は夫々Y方向の方向判別手段12Yに入
力される。第3の光電変換器であるフォトダイオード4
3の出力は増幅器55を介して方向判別手段12Y及び
AC増幅器17Yに与えられる。方向判別手段12Yの
内部ブロックは前述した第1実施例の方向判別手段12
と同様であり、AM検波及び二値化することによってそ
の順序から方向を判別する。又AC増幅器17Yは第1
実施例のAC増幅器17に対応するものであり、その高
周波成分は周波数解析回路22Yに入力される。周波数
解析回路22Yは方向判別手段12Yから判別信号が得
られたときにのみ、入力信号の周波数に基づいてY方向
の速度成分を解析して出力するものである。
40,42,43を用いた信号処理部50の構成につい
て図6を用いて説明する。フォトダイオード40の受光
領域PD1〜PD4の出力は、夫々第1〜第4の加算器
51〜54に入力され加算される。第1の加算器51は
受光領域PD1とPD2の出力の加算、第2の加算器5
2は受光領域PD3とPD4の出力を加算する加算手段
であり、第3の加算器53は受光領域PD1とPD3の
出力の加算、第4の加算器54は受光領域PD2とPD
4との出力を夫々加算する加算手段である。加算器5
1,52の出力は夫々Y方向の方向判別手段12Yに入
力される。第3の光電変換器であるフォトダイオード4
3の出力は増幅器55を介して方向判別手段12Y及び
AC増幅器17Yに与えられる。方向判別手段12Yの
内部ブロックは前述した第1実施例の方向判別手段12
と同様であり、AM検波及び二値化することによってそ
の順序から方向を判別する。又AC増幅器17Yは第1
実施例のAC増幅器17に対応するものであり、その高
周波成分は周波数解析回路22Yに入力される。周波数
解析回路22Yは方向判別手段12Yから判別信号が得
られたときにのみ、入力信号の周波数に基づいてY方向
の速度成分を解析して出力するものである。
【0021】一方加算手段53,54の出力はX方向の
方向判別手段12Xに入力される。又フォトダイオード
42の出力は増幅器56を介して方向判別手段12X及
びAC増幅器17Xに入力される。方向判別手段12X
も第1実施例の方向判別手段12と同一の構成を有して
おり、これらの入力に基づいてX方向の正負を判別する
ものである。この方向判別出力は外部に出力され、同時
に周波数解析回路22Xにも入力される。周波数解析回
路22Xは方向判別手段12Xから方向判別信号が得ら
れたときにのみ、AC増幅器17Xの出力の周波数に基
づいてX軸方向の速度成分を検出するものである。
方向判別手段12Xに入力される。又フォトダイオード
42の出力は増幅器56を介して方向判別手段12X及
びAC増幅器17Xに入力される。方向判別手段12X
も第1実施例の方向判別手段12と同一の構成を有して
おり、これらの入力に基づいてX方向の正負を判別する
ものである。この方向判別出力は外部に出力され、同時
に周波数解析回路22Xにも入力される。周波数解析回
路22Xは方向判別手段12Xから方向判別信号が得ら
れたときにのみ、AC増幅器17Xの出力の周波数に基
づいてX軸方向の速度成分を検出するものである。
【0022】次に本実施例の動作について説明する。図
7(a)に示すように交差領域36を通過する微粒子P
aがY方向に通過しフォトダイオード側から見て受光領
域PD3,PD1を通過した場合には、加算器52,5
1より順次出力が得られることとなる。従ってY方向の
判別ブロックより、第1実施例と同様に方向判別出力及
び速度信号を出力することができる。この場合にはフォ
トダイオードの受光領域PD2,PD4を通過しないた
め、加算器54には出力が得られない。このためX方向
では方向信号が得られず、速度を算出することはない。
同様にして図7(a)に示すように微粒子Pbが受光領
域PD4からPD1の方向に通過した場合には、加算器
52及び51に信号が得られることとなってY方向の負
の方向及び周波数解析回路22Yより出力が得られる。
この場合には加算器54からは出力が得られるが、加算
器53からは出力が得られないためX方向の方向信号や
速度信号は出力されない。
7(a)に示すように交差領域36を通過する微粒子P
aがY方向に通過しフォトダイオード側から見て受光領
域PD3,PD1を通過した場合には、加算器52,5
1より順次出力が得られることとなる。従ってY方向の
判別ブロックより、第1実施例と同様に方向判別出力及
び速度信号を出力することができる。この場合にはフォ
トダイオードの受光領域PD2,PD4を通過しないた
め、加算器54には出力が得られない。このためX方向
では方向信号が得られず、速度を算出することはない。
同様にして図7(a)に示すように微粒子Pbが受光領
域PD4からPD1の方向に通過した場合には、加算器
52及び51に信号が得られることとなってY方向の負
の方向及び周波数解析回路22Yより出力が得られる。
この場合には加算器54からは出力が得られるが、加算
器53からは出力が得られないためX方向の方向信号や
速度信号は出力されない。
【0023】同様にして図7(b)に示すように微粒子
Pcが受光領域PD1,PD2側を通過する場合、又は
微粒子Pdが受光領域PD4からPD3に通過する場合
には、X方向のみから方向信号及び速度信号が得られる
こととなる。又図7(c)に示すように受光領域PD4
からPD2を通過してPD1の位置に移動する場合に
は、X方向及びY方向の双方から方向信号と速度信号が
得られることとなる。
Pcが受光領域PD1,PD2側を通過する場合、又は
微粒子Pdが受光領域PD4からPD3に通過する場合
には、X方向のみから方向信号及び速度信号が得られる
こととなる。又図7(c)に示すように受光領域PD4
からPD2を通過してPD1の位置に移動する場合に
は、X方向及びY方向の双方から方向信号と速度信号が
得られることとなる。
【0024】尚前述した各実施例では、交差領域を通過
する微粒子の散乱光を後方で受光し方向及び速度信号を
出力するようにしているが、前方に散乱する散乱光に基
づいて方向や速度を検出することができることはいうま
でもない。
する微粒子の散乱光を後方で受光し方向及び速度信号を
出力するようにしているが、前方に散乱する散乱光に基
づいて方向や速度を検出することができることはいうま
でもない。
【0025】又第3実施例では波長の異なるレーザ光を
発生する2つの半導体レーザ31,32を用いてレーザ
光源としているが、Arレーザ等の2色を発光するレー
ザ光源を用いてもよいことはいうまでもない。
発生する2つの半導体レーザ31,32を用いてレーザ
光源としているが、Arレーザ等の2色を発光するレー
ザ光源を用いてもよいことはいうまでもない。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
1〜4の発明によれば、比較的簡単な構成でブラッグセ
ルを用いることなく交差領域部を通過する微粒子の通過
方向と速度成分を検出することができるという効果が得
られる。又請求項4の発明ではこれに加えて、X軸及び
Y軸の2方向の方向の正負と夫々の速度成分を検出する
ことができるという効果が得られる。
1〜4の発明によれば、比較的簡単な構成でブラッグセ
ルを用いることなく交差領域部を通過する微粒子の通過
方向と速度成分を検出することができるという効果が得
られる。又請求項4の発明ではこれに加えて、X軸及び
Y軸の2方向の方向の正負と夫々の速度成分を検出する
ことができるという効果が得られる。
【図1】本発明の第1実施例によるレーザ速度測定装置
の光学系の構成を示す概略図である。
の光学系の構成を示す概略図である。
【図2】本発明の第1実施例によるレーザ速度測定装置
の信号処理部の構成を示すブロック図である。
の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の第1実施例によるレーザ速度測定装置
の動作状態を示すタイムチャートである。
の動作状態を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の第2実施例によるレーザ速度測定装置
の光学系の構成を示す概略図である。
の光学系の構成を示す概略図である。
【図5】本発明の第3実施例によるレーザ速度測定装置
の光学系の構成を示す概略図である。
の光学系の構成を示す概略図である。
【図6】本発明の第3実施例によるレーザ速度測定装置
の信号処理部の構成を示すブロック図である。
の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の第2実施例によるレーザ速度測定装置
の受光センサを通過する通過方向の種々の例を示す図で
ある。
の受光センサを通過する通過方向の種々の例を示す図で
ある。
1,31,32 半導体レーザ 2,33,34 ビームスプリッタ 3,35 集束レンズ 4,36 交差領域 5,39,41 集光レンズ 6,40,42,43 フォトダイオード 12,12X,12Y 方向判別手段 13,14,16 AM検波器 15,51,52,53,54 加算器 17,17X,17Y AC増幅器 18,19,20 コンパレータ 22,22X,22Y 周波数解析回路 21 方向判別回路 37 ミラー 38 ハーフミラー
Claims (4)
- 【請求項1】 単一波長のレーザ光を発生するレーザ光
源と、 前記レーザ光源より得られるレーザ光を2分割し、一対
の光ビームとするビーム分離手段と、 前記ビーム分離手段より与えられる一対の光ビームを1
点で交差させる第1の光学手段と、 前記交差領域を粒子が通過したときに得られる散乱光を
集光する第2の光学手段と、 その受光領域が1本の分割線によって第1,第2の受光
領域に2分割され、前記第2の光学手段により集光され
た散乱光を受光し、電気信号に変換する第1の光電変換
器と、 前記第1の光電変換器の第1の受光領域及び第2の受光
領域より得られる受光信号を加算する加算手段と、 前記加算手段より出力が得られている間に前記第1の光
電変換器の第1,第2の受光領域より続けて受光信号が
得られる際に、その受光順序によって粒子の移動方向を
判別する方向判別手段と、 前記第1の光電変換器の出力の交流成分から交差領域を
通過する粒子の速度を検出する速度検出手段と、を具備
することを特徴とするレーザ速度測定装置。 - 【請求項2】 単一波長のレーザ光を発生するレーザ光
源と、 前記レーザ光源より得られるレーザ光を2分割し、一対
の光ビームとするビーム分離手段と、 前記ビーム分離手段より与えられる一対の光ビームを1
点で交差させる第1の光学手段と、 前記交差領域を粒子が通過したときに得られる散乱光を
集光する第2の光学手段と、 その受光領域が1本の分割線によって第1,第2の受光
領域に2分割され、前記第2の光学手段により集光され
た散乱光を受光し、電気信号に変換する第1の光電変換
器と、 前記第2の光学手段より集光された散乱光を受光し電気
信号に変換する第2の光電変換器と、 前記第2の光電変換器より出力が得られている間に前記
第1の光電変換器の第1,第2の受光領域より続けて受
光信号が得られる際に、その受光順序によって粒子の移
動方向を判別する方向判別手段と、 前記第2の光電変換器の出力の交流成分から交差領域を
通過する粒子の速度を検出する速度検出手段と、を具備
することを特徴とするレーザ速度測定装置。 - 【請求項3】 前記第1の光電変換器は、その受光領域
が交差領域の干渉縞に平行に分離されるように配置され
たものであることを特徴とする請求項1又は2記載のレ
ーザ速度測定装置。 - 【請求項4】 相異なる第1,第2の波長のレーザ光を
発生するレーザ光源と、 前記第1,第2の波長のレーザ光源より得られるレーザ
光を夫々2分割し、各対のレーザビームを含む二面が垂
直となる二対の光ビームとするビーム分離手段と、 前記ビーム分離手段より与えられる二対の光ビームを1
点で交差させる第1の光学手段と、 前記交差領域を粒子が通過したときに得られる散乱光を
集光する第2の光学手段と、 互いに垂直な2本の線によって第1〜第4の受光領域に
4分割され、第1,第2の受光領域と第1,第3の受光
領域が隣接しているように分割された受光領域を有し、
前記第2の光学手段により集光された第1,第2の波長
の散乱光を受光して電気信号に変換する第1の光電変換
器と、 前記第2の光学手段より集光された第1の波長の散乱光
を受光し電気信号に変換する第2の光電変換器と、 前記第2の光学手段より集光された第2の波長の散乱光
を受光し電気信号に変換する第3の光電変換器と、 前記第1の光電変換器の互いに隣接する第1,第2の受
光領域の出力を加算する第1の加算手段と、 前記第1の光電変換器の互いに隣接する第3,第4の受
光領域の出力を加算する第2の加算手段と、 前記第1の光電変換器の互いに隣接する第1,第3の受
光領域の出力を加算する第3の加算手段と、 前記第1の光電変換器の互いに隣接する第2,第4の受
光領域の出力を加算する第4の加算手段と、 前記第3の光電変換器より出力が得られている間に、前
記第1,第2の加算手段より続けて信号が得られたとき
にその出力の順序に基づいて方向を判別するY方向判別
手段と、 前記第2の光電変換器より出力が得られている間に、前
記第3,第4の加算手段より続けて信号が得られたとき
にその出力の順序に基づいて方向を判別するX方向判別
手段と、 前記第3の光電変換器の出力に基づいてその周波数より
Y方向の速度を検出するY方向速度検出手段と、 前記第2の光電変換器の出力に基づいてその周波数より
X方向の速度を検出するX方向速度検出手段と、を具備
することを特徴とするレーザ速度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17603594A JPH0815437A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | レーザ速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17603594A JPH0815437A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | レーザ速度測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0815437A true JPH0815437A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=16006591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17603594A Pending JPH0815437A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | レーザ速度測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0815437A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6251659B1 (en) * | 1998-10-19 | 2001-06-26 | Hitachi, Ltd. | Biological sample treating apparatus |
KR100797354B1 (ko) * | 2006-07-24 | 2008-01-22 | 주식회사 포스코 | 산업용 레이저 속도 측정장치 |
-
1994
- 1994-07-04 JP JP17603594A patent/JPH0815437A/ja active Pending
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