JPH08304430A - 周波数シフタ及びそれを用いた光学式変位計測装置 - Google Patents
周波数シフタ及びそれを用いた光学式変位計測装置Info
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- JPH08304430A JPH08304430A JP7114566A JP11456695A JPH08304430A JP H08304430 A JPH08304430 A JP H08304430A JP 7114566 A JP7114566 A JP 7114566A JP 11456695 A JP11456695 A JP 11456695A JP H08304430 A JPH08304430 A JP H08304430A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 周波数シフタの電気光学素子１１ａ、１１ｂ
に印加する電圧による電気ノイズの悪影響を押さえる。 【構成】 電気光学素子１１ａ、１１ｂに電圧を印加す
る事により前記電気光学素子１１ａ、１１ｂに入射した
光束の位相を変調する周波数シフタに於いて、前記電気
光学素子１１ａ、１１ｂに印加する電圧を発生させる回
路部分２０と前記電気光学素子１１ａ、１１ｂとを外部
回路に対してシールドするシールド手段１２、１４を設
けた。
に印加する電圧による電気ノイズの悪影響を押さえる。 【構成】 電気光学素子１１ａ、１１ｂに電圧を印加す
る事により前記電気光学素子１１ａ、１１ｂに入射した
光束の位相を変調する周波数シフタに於いて、前記電気
光学素子１１ａ、１１ｂに印加する電圧を発生させる回
路部分２０と前記電気光学素子１１ａ、１１ｂとを外部
回路に対してシールドするシールド手段１２、１４を設
けた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数シフタ及びそれ
を用いた光学式変位計測装置に関する。本発明は、特に
移動する物体や流体（以下「移動体」と称する）の変位
情報を、移動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。
を用いた光学式変位計測装置に関する。本発明は、特に
移動する物体や流体（以下「移動体」と称する）の変位
情報を、移動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、種々の光干渉計において光周波数
シフタを用いて信号を変調する方法が多く用いられてい
る。
シフタを用いて信号を変調する方法が多く用いられてい
る。
【０００３】光干渉計の一つとして、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
プラー速度計が知られている。
非接触且つ高精度に測定する装置として、レーザードッ
プラー速度計が知られている。
【０００４】レーザードップラー速度計は、移動する物
体や流体にレーザー光を照射し、移動する物体や流体に
よる散乱光の周波数が移動する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、前記移
動の移動速度を測定する装置である。
体や流体にレーザー光を照射し、移動する物体や流体に
よる散乱光の周波数が移動する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、前記移
動の移動速度を測定する装置である。
【０００５】図1は、特開平４ー２３０８８５号に示さ
れた、従来例のレーザードップラー速度計の一例であ
る。
れた、従来例のレーザードップラー速度計の一例であ
る。
【０００６】１はレーザー、２はコリメーターレンズ、
Ｉは平行光束、３は回折格子からなるビームスプリッ
タ、５、６は焦点距離がｆの凸レンズであり、ａ，ｂ
は、ａ＋ｂ＝２ｆを満足している。７は速度Ｖで矢印方
向に移動している被測定物、８は集光レンズ、９は光セ
ンサーである。
Ｉは平行光束、３は回折格子からなるビームスプリッ
タ、５、６は焦点距離がｆの凸レンズであり、ａ，ｂ
は、ａ＋ｂ＝２ｆを満足している。７は速度Ｖで矢印方
向に移動している被測定物、８は集光レンズ、９は光セ
ンサーである。
【０００７】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Ｉとなり、回折格
子３に垂直に入射し、±一次の回折角θの回折光Ｉ１
ａ，Ｉ１ｂに分離、出射する。光束Ｉ１ａ，Ｉ１ｂは焦
点距離ｆの凸レンズ５により図の様な収束光Ｉ２ａ，Ｉ
２ｂとなる。そして、２ｆ離れたもう一つの凸レンズ６
に入射すると、再び平行光束Ｉ３ａ，Ｉ３ｂとなり、速
度Ｖで移動している被測定物７に前述の回折格子３によ
る回折角θと等しい入射角θで二光束照射する。二光束
による散乱光は、集光レンズ８を介して光センサー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、−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、Δｆは
次の（１）式で表すことができる。
リメーターレンズ２によって平行光束Ｉとなり、回折格
子３に垂直に入射し、±一次の回折角θの回折光Ｉ１
ａ，Ｉ１ｂに分離、出射する。光束Ｉ１ａ，Ｉ１ｂは焦
点距離ｆの凸レンズ５により図の様な収束光Ｉ２ａ，Ｉ
２ｂとなる。そして、２ｆ離れたもう一つの凸レンズ６
に入射すると、再び平行光束Ｉ３ａ，Ｉ３ｂとなり、速
度Ｖで移動している被測定物７に前述の回折格子３によ
る回折角θと等しい入射角θで二光束照射する。二光束
による散乱光は、集光レンズ８を介して光センサー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、−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、Δｆは
次の（１）式で表すことができる。
【０００８】 Δｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ … （１）
【０００９】＋Δｆ，−Δｆのドップラシフトをうけた
散乱光は、互いに干渉しあって光センサー９の受光面で
の明暗の変化をもたらし、その周波数Ｆは次式（２）で
与えられる。
散乱光は、互いに干渉しあって光センサー９の受光面で
の明暗の変化をもたらし、その周波数Ｆは次式（２）で
与えられる。
【００１０】 Ｆ＝２・Δｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ … （２）
【００１１】（２）式から、光センサー９の周波数Ｆ
（以下ドップラ周波数と呼ぶ）を測定すれば被測定物７
の速度Ｖが求められる。
（以下ドップラ周波数と呼ぶ）を測定すれば被測定物７
の速度Ｖが求められる。
【００１２】又、（２）式は、回折格子３による回折の
条件式ｓｉｎ（θ）＝λ／ｄ（ｄは回折格子３の格子間
隔）から Ｆ＝２・Ｖ／ｄ … （３） となり、ドップラ周波数はレーザーの波長λに依存しな
くなる。即ちレーザー波長λの変化に伴い回折角、入射
角θがレーザー波長変化に対して補償するように変化す
る。
条件式ｓｉｎ（θ）＝λ／ｄ（ｄは回折格子３の格子間
隔）から Ｆ＝２・Ｖ／ｄ … （３） となり、ドップラ周波数はレーザーの波長λに依存しな
くなる。即ちレーザー波長λの変化に伴い回折角、入射
角θがレーザー波長変化に対して補償するように変化す
る。
【００１３】また、この様なレーザードップラ速度計に
おいては、移動物体の移動方向の検出も容易に行え、ま
た移動物体の速度が０に近い場合も充分に検出ができる
ように、周波数シフタを導入しドップラー周波数に一定
の周波数ｆＲがバイアスとして足される方法も考案され
ている。
おいては、移動物体の移動方向の検出も容易に行え、ま
た移動物体の速度が０に近い場合も充分に検出ができる
ように、周波数シフタを導入しドップラー周波数に一定
の周波数ｆＲがバイアスとして足される方法も考案され
ている。
【００１４】周波数シフタとしては、図2に示すような
電気光学結晶の平板に電極を設けた電気光学素子１０
に、セロダイン駆動回路２０により鋸歯状電圧を印加し
て使用する方法がＦｏｏｒｄ達により発表されている
（Appl.phys., vol.7, 1974, p.136-139）。
電気光学結晶の平板に電極を設けた電気光学素子１０
に、セロダイン駆動回路２０により鋸歯状電圧を印加し
て使用する方法がＦｏｏｒｄ達により発表されている
（Appl.phys., vol.7, 1974, p.136-139）。
【００１５】図2において、波長λの光束Ｉはビームス
プリッタ４により２光束Ｉａ，Ｉｂに分離し、各々の光
束は電気光学素子１０を構成する電気光学結晶１０Ａ、
１０Ｂに入射する。この際、電気光学結晶１０Ａ、１０
Ｂはセロダイン駆動回路２０によって各々プラス、マイ
ナス半波長の位相シフトを与える鋸歯状電圧が印加され
周波数シフトを受ける。周波数シフトされた２光束はレ
ンズ５により偏向され、集光状態で移動物体７に２光束
交差する。移動物体７のから生じた散乱光は光センサー
（図示せず）に導光され、ドップラ信号を得られる。
プリッタ４により２光束Ｉａ，Ｉｂに分離し、各々の光
束は電気光学素子１０を構成する電気光学結晶１０Ａ、
１０Ｂに入射する。この際、電気光学結晶１０Ａ、１０
Ｂはセロダイン駆動回路２０によって各々プラス、マイ
ナス半波長の位相シフトを与える鋸歯状電圧が印加され
周波数シフトを受ける。周波数シフトされた２光束はレ
ンズ５により偏向され、集光状態で移動物体７に２光束
交差する。移動物体７のから生じた散乱光は光センサー
（図示せず）に導光され、ドップラ信号を得られる。
【００１６】このときドップラ周波数は、移動物体７の
速度Ｖと２光束交差角θ及び２光束の周波数差ｆＲによ
り次式の様になる。
速度Ｖと２光束交差角θ及び２光束の周波数差ｆＲによ
り次式の様になる。
【００１７】 Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ＋ｆＲ … （５）
【００１８】これによって、移動物体７の速度が０に近
い場合であっても速度方向も含めて測定を可能にする。
この構成は主に流速計として利用される形態である。
い場合であっても速度方向も含めて測定を可能にする。
この構成は主に流速計として利用される形態である。
【００１９】
【発明が解決しようとしている課題】上述のように電気
光学素子をセロダイン駆動した場合、鋸歯状波の電圧振
幅が比較的大きく、又鋸歯状波の立ち下がり時の電圧変
化が急峻な為に、高周波のノイズ発生源となる可能性が
ある。このようなノイズが発生すると、ドップラ周波数
Ｆが正しく検出出来なかったり、精度の低下を来たす場
合がある。
光学素子をセロダイン駆動した場合、鋸歯状波の電圧振
幅が比較的大きく、又鋸歯状波の立ち下がり時の電圧変
化が急峻な為に、高周波のノイズ発生源となる可能性が
ある。このようなノイズが発生すると、ドップラ周波数
Ｆが正しく検出出来なかったり、精度の低下を来たす場
合がある。
【００２０】本発明は、上述のような高周波のノイズ発
生の悪影響を防止し、高精度測定を維持可能にする周波
数シフタとそれを用いた光学式変位計測装置を提供する
ことを目的とする。
生の悪影響を防止し、高精度測定を維持可能にする周波
数シフタとそれを用いた光学式変位計測装置を提供する
ことを目的とする。
【００２１】
【課題を解決する為の手段】上述目的を達成するための
第１発明は、電気光学素子に電圧を印加する事により前
記電気光学素子に入射した光束の位相を変調する周波数
シフタに於いて、前記電気光学素子に印加する電圧を発
生させる回路部分と前記電気光学素子とを外部回路に対
してシールドするシールド手段に収容したことを特徴と
する周波数シフタである。
第１発明は、電気光学素子に電圧を印加する事により前
記電気光学素子に入射した光束の位相を変調する周波数
シフタに於いて、前記電気光学素子に印加する電圧を発
生させる回路部分と前記電気光学素子とを外部回路に対
してシールドするシールド手段に収容したことを特徴と
する周波数シフタである。
【００２２】また第２発明は、前記シールド手段の一部
が、前記電気光学素子の片側の電圧印加用電極であり、
該電極により前記光学電気素子を支持する事を特徴とす
る。
が、前記電気光学素子の片側の電圧印加用電極であり、
該電極により前記光学電気素子を支持する事を特徴とす
る。
【００２３】また第３発明は、前記電気光学素子に電圧
を印加するための電極と前記電気光学素子に印加するた
めの電圧を発生させる回路を設けた基板を対向配置さ
せ、更に該基板の前記電極に対向した面から該電極に電
圧を供給する事を特徴とする。
を印加するための電極と前記電気光学素子に印加するた
めの電圧を発生させる回路を設けた基板を対向配置さ
せ、更に該基板の前記電極に対向した面から該電極に電
圧を供給する事を特徴とする。
【００２４】また第４発明は、前記電気光学素子に印加
する電圧が鋸歯状である事を特徴とする。
する電圧が鋸歯状である事を特徴とする。
【００２５】また第５発明は、前記シールド手段は、導
体で形成され、前記回路部分と前記電気光学素子とを収
容する収容部を有することを特徴とする。
体で形成され、前記回路部分と前記電気光学素子とを収
容する収容部を有することを特徴とする。
【００２６】また第６発明は、電気光学素子に電圧を印
加する事により前記電気光学素子に入射した光束の位相
を変調する周波数シフタと、該周波数シフタを介した光
束を移動物体に入射させる光学手段と、該光学手段で光
束入射された移動物体からのドップラーシフトを受けた
散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段の検出
により前記移動物体の変位情報を検出する光学式変位計
測装置において、前記周波数シフタが上述のいずれかの
周波数シフタであることを特徴とする光学式変位計測装
置である。
加する事により前記電気光学素子に入射した光束の位相
を変調する周波数シフタと、該周波数シフタを介した光
束を移動物体に入射させる光学手段と、該光学手段で光
束入射された移動物体からのドップラーシフトを受けた
散乱光を検出する検出手段とを有し、該検出手段の検出
により前記移動物体の変位情報を検出する光学式変位計
測装置において、前記周波数シフタが上述のいずれかの
周波数シフタであることを特徴とする光学式変位計測装
置である。
【００２７】
【実施例】図3は、本発明の第１実施例のレーザードッ
プラー速度計の部材配置の説明図である。図中、１はレ
ーザーダイオード、２はコリメータレンズ、３は回折格
子からなるビームスプリッタ、５及び６は凸レンズ、７
は被測定物、８は集光レンズ、９は光センサー、１０は
周波数シフタ、１１ａ、１１ｂは電気光学素子、１２及
び１３は電極、２０はセロダイン駆動回路、４０は電気
基板である。
プラー速度計の部材配置の説明図である。図中、１はレ
ーザーダイオード、２はコリメータレンズ、３は回折格
子からなるビームスプリッタ、５及び６は凸レンズ、７
は被測定物、８は集光レンズ、９は光センサー、１０は
周波数シフタ、１１ａ、１１ｂは電気光学素子、１２及
び１３は電極、２０はセロダイン駆動回路、４０は電気
基板である。
【００２８】図3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Ｉ
となり、回折格子３に垂直に入射し、±一次の回折角θ
の回折光Ｉ１ａ，Ｉ１ｂに分離、出射する。光束Ｉ１
ａ，Ｉ１ｂは焦点距離ｆの凸レンズ５により図の様な収
束光Ｉ２ａ，Ｉ２ｂとなる。電気光学結晶１１ａ，１１
ｂを含む電気光学素子１０は、この２光束Ｉ２ａ，Ｉ２
ｂがそれぞれ対応する電気光学結晶１１ａ，１１ｂを透
過するように配置されている。
ーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束Ｉ
となり、回折格子３に垂直に入射し、±一次の回折角θ
の回折光Ｉ１ａ，Ｉ１ｂに分離、出射する。光束Ｉ１
ａ，Ｉ１ｂは焦点距離ｆの凸レンズ５により図の様な収
束光Ｉ２ａ，Ｉ２ｂとなる。電気光学結晶１１ａ，１１
ｂを含む電気光学素子１０は、この２光束Ｉ２ａ，Ｉ２
ｂがそれぞれ対応する電気光学結晶１１ａ，１１ｂを透
過するように配置されている。
【００２９】前記電気光学結晶１１ａ、１１ｂとして
は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の様な１軸性結晶をｃ軸
方向に電極を配置し、レーザー光の偏向方向をｃ軸方向
になるように設置してある。この様に配置する事によ
り、レーザーの波長の変化により回折格子３の回折角θ
の変化が発生し、これによって電気光学結晶内での光路
が変化しても、偏向方向はｃ軸方向のまま維持する事が
できる。従って、周波数シフタと図1で説明したドップ
ラ周波数のレーザー波長変化にたいする補償の効果を両
立する事ができる。
は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の様な１軸性結晶をｃ軸
方向に電極を配置し、レーザー光の偏向方向をｃ軸方向
になるように設置してある。この様に配置する事によ
り、レーザーの波長の変化により回折格子３の回折角θ
の変化が発生し、これによって電気光学結晶内での光路
が変化しても、偏向方向はｃ軸方向のまま維持する事が
できる。従って、周波数シフタと図1で説明したドップ
ラ周波数のレーザー波長変化にたいする補償の効果を両
立する事ができる。
【００３０】以下に図4に従い、ＬｉＮｂＯ3を例にとり
説明する。電界Ｅ（Ｅｘ，Ｅｙ，ＥZ）がかかった状態
でのＬｉＮｂＯ3の屈折率楕円体は次のように表すこと
ができる。
説明する。電界Ｅ（Ｅｘ，Ｅｙ，ＥZ）がかかった状態
でのＬｉＮｂＯ3の屈折率楕円体は次のように表すこと
ができる。
【００３１】 （１／ｎo2−ｒ22Ｅｙ＋ｒ13Ｅｚ）Ｘ2 ＋（１／ｎo2＋ｒ22Ｅｙ＋ｒ13Ｅｚ）Ｙ2 ＋（１／ｎe2＋ｒ33Ｅｚ）Ｚ2−２ｒ22ＥｘＸＹ ＋２ｒ51ＥｙＹＸ＋２ｒ51ＥｘＺＸ＝１ … （６）
【００３２】図4の様に、ＬｉＮｂＯ3結晶をＺ軸（Ｃ
軸）方向に厚みｄでカットし、両面に電極を蒸着した電
気光学結晶１１に、電極１２、１３により電界 Ｅｚ＝
Ｖ／ｄを印加（Ｅｚ≠０、Ｅｘ＝Ｅｙ＝０）すると、
（６）式は （１／ｎo2＋ｒ13Ｅｚ）（Ｘ2＋Ｙ2） ＋（１／ｎe2＋ｒ33Ｅｚ）Ｚ2＝１ … （７） となる。ここでｒはポッケルス定数（ｒ13＝10×10-9、
ｒ22＝6.8×10-9、ｒ33＝32.2×10-9、ｒ51＝32.0×10
-9）、ｎo、ｎeはそれぞれ常光線、異常光線の屈折率
（ｎo＝2.286、ｎe＝2.2）である。
軸）方向に厚みｄでカットし、両面に電極を蒸着した電
気光学結晶１１に、電極１２、１３により電界 Ｅｚ＝
Ｖ／ｄを印加（Ｅｚ≠０、Ｅｘ＝Ｅｙ＝０）すると、
（６）式は （１／ｎo2＋ｒ13Ｅｚ）（Ｘ2＋Ｙ2） ＋（１／ｎe2＋ｒ33Ｅｚ）Ｚ2＝１ … （７） となる。ここでｒはポッケルス定数（ｒ13＝10×10-9、
ｒ22＝6.8×10-9、ｒ33＝32.2×10-9、ｒ51＝32.0×10
-9）、ｎo、ｎeはそれぞれ常光線、異常光線の屈折率
（ｎo＝2.286、ｎe＝2.2）である。
【００３３】ｎo2ｒ13Ｅｚ、ｎe2ｒ33Ｅｚ《１であるこ
とから、（７）式は
とから、（７）式は
【００３４】
【外１】 に簡易化される。したがって、Ｘ，Ｙ軸方向の偏光成分
の屈折率ｎx、ｎyは ｎx＝ｎy＝ｎo−１／２・ｎo3ｒ13Ｅｚ であり、Ｚ軸方向の偏光成分の屈折率ｎzは ｎz＝ｎe−１／２・ｎe3ｒ33Ｅｚ である。Ｘ−Ｙ平面に光の伝搬方向を、Ｚ軸方向に偏光
方向を選ぶと、Ｚ軸方向に印加した電界Ｅｚにより屈折
率Ｎ（Ｅｚ）は Ｎ（Ｅｚ）＝ｎz＝ｎe−１／２・ｎe3ｒ３３Ｅｚ … （９） となる。従って上記条件でレーザーを厚みｄ、長さｌの
ＬｉＮｂＯ3に透過させた時、印加電圧をＶ変化させる
と、それにより光位相差Γ（Ｖ）は、
の屈折率ｎx、ｎyは ｎx＝ｎy＝ｎo−１／２・ｎo3ｒ13Ｅｚ であり、Ｚ軸方向の偏光成分の屈折率ｎzは ｎz＝ｎe−１／２・ｎe3ｒ33Ｅｚ である。Ｘ−Ｙ平面に光の伝搬方向を、Ｚ軸方向に偏光
方向を選ぶと、Ｚ軸方向に印加した電界Ｅｚにより屈折
率Ｎ（Ｅｚ）は Ｎ（Ｅｚ）＝ｎz＝ｎe−１／２・ｎe3ｒ３３Ｅｚ … （９） となる。従って上記条件でレーザーを厚みｄ、長さｌの
ＬｉＮｂＯ3に透過させた時、印加電圧をＶ変化させる
と、それにより光位相差Γ（Ｖ）は、
【００３５】
【外２】
【００３６】よって印加電圧を一定に変化させると、光
位相変化も一定となる。つまり、周波数シフタとなる。
実際には、電圧を常に一定に変化させる事はできないの
で、鋸歯状波（セロダイン）駆動を行う。鋸歯状波は、
立ち下がりで光位相が非連続にならない様に両光束の位
相差が２πに相当する電圧振幅に設定される。
位相変化も一定となる。つまり、周波数シフタとなる。
実際には、電圧を常に一定に変化させる事はできないの
で、鋸歯状波（セロダイン）駆動を行う。鋸歯状波は、
立ち下がりで光位相が非連続にならない様に両光束の位
相差が２πに相当する電圧振幅に設定される。
【００３７】ここで、ＬｉＮｂＯ3結晶の厚みｄ＝１ｍ
ｍ、長さｌ＝２ｍｍとすると、光位相差Γ（Ｖ）が２π
となる電圧振幅は（９）式からＶ≒２３０Ｖである。
ｍ、長さｌ＝２ｍｍとすると、光位相差Γ（Ｖ）が２π
となる電圧振幅は（９）式からＶ≒２３０Ｖである。
【００３８】図3では電気光学結晶１１ａ、１１ｂのＣ
軸Ｃａ、ＣｂをＺ軸方向に互いに逆向きに配置し、両方
にセロダイン駆動回路２０から導線２６、２７を介して
電極１２及び１３で一括して同方向に電圧印加をするよ
うにしてある。この様にすることで、（１０）式による
鋸歯状波の電圧振幅を、２πに相当する電圧振幅の半
分、即ちπの位相差を与える電圧振幅で電気光学素子１
０透過後の光束Ｉ２ａとＩ２ｂの光位相差を２πとでき
る。この場合、必要な電圧振幅は約１１５Ｖとなる。
軸Ｃａ、ＣｂをＺ軸方向に互いに逆向きに配置し、両方
にセロダイン駆動回路２０から導線２６、２７を介して
電極１２及び１３で一括して同方向に電圧印加をするよ
うにしてある。この様にすることで、（１０）式による
鋸歯状波の電圧振幅を、２πに相当する電圧振幅の半
分、即ちπの位相差を与える電圧振幅で電気光学素子１
０透過後の光束Ｉ２ａとＩ２ｂの光位相差を２πとでき
る。この場合、必要な電圧振幅は約１１５Ｖとなる。
【００３９】図3に戻り、電気光学素子１０によって互
いに逆位相に変調された光束Ｉ２ａとＩ２ｂは、凸レン
ズ６により平行光束Ｉ３ａ、Ｉ３ｂとなり、速度Ｖで移
動している被測定物７に回折格子３による回折角θと等
しい入射角θで二光束照射する。被測定物７からの散乱
光は、集光レンズ８、ミラー３１を介し電気基板４０の
光センサー９に集光される。このＩ３ａ、Ｉ３ｂの散乱
光は被測定物７の移動速度Ｖに比例したドップラシフト
と、電気光学素子１０とセロダイン駆動回路２０から成
る周波数シフタよる周波数変調を受けており、その周波
数Ｆ、はレーザ光の波長をλ、周波数シフタの周波数変
調をｆＲ、又、回折格子の格子間隔をｄとすると次式
（１１）で与えられる。
いに逆位相に変調された光束Ｉ２ａとＩ２ｂは、凸レン
ズ６により平行光束Ｉ３ａ、Ｉ３ｂとなり、速度Ｖで移
動している被測定物７に回折格子３による回折角θと等
しい入射角θで二光束照射する。被測定物７からの散乱
光は、集光レンズ８、ミラー３１を介し電気基板４０の
光センサー９に集光される。このＩ３ａ、Ｉ３ｂの散乱
光は被測定物７の移動速度Ｖに比例したドップラシフト
と、電気光学素子１０とセロダイン駆動回路２０から成
る周波数シフタよる周波数変調を受けており、その周波
数Ｆ、はレーザ光の波長をλ、周波数シフタの周波数変
調をｆＲ、又、回折格子の格子間隔をｄとすると次式
（１１）で与えられる。
【００４０】 Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎθ／λ＋ｆＲ ＝２・Ｖ／ｄ＋ｆＲ … （１１）
【００４１】光センサー９の実装された電気基板４０
は、他に外部から供給される電源ライン４１、外部へ信
号を送る信号ライン４２、光センサーの出力を増幅する
アンプ回路４３、及びレーザーダイオード１を一定出力
に制御するレーザー駆動回路４４を実装している。ライ
ン４１、４２はアースされた編成シールド５０によって
覆われている。
は、他に外部から供給される電源ライン４１、外部へ信
号を送る信号ライン４２、光センサーの出力を増幅する
アンプ回路４３、及びレーザーダイオード１を一定出力
に制御するレーザー駆動回路４４を実装している。ライ
ン４１、４２はアースされた編成シールド５０によって
覆われている。
【００４２】光センサー９から得られた検出信号は、ア
ンプ回路４３によって増幅され、信号ライン４２によっ
て不図示の外部の信号処理装置に送信される。外部の信
号処理装置では、式（１１）に基づいて、周波数Ｆから
被測定物７の移動速度Ｖを算出する。信号処理に関して
は、知られているので説明は省略する。
ンプ回路４３によって増幅され、信号ライン４２によっ
て不図示の外部の信号処理装置に送信される。外部の信
号処理装置では、式（１１）に基づいて、周波数Ｆから
被測定物７の移動速度Ｖを算出する。信号処理に関して
は、知られているので説明は省略する。
【００４３】一方、電気光学素子１０に鋸歯状波を印加
するセロダイン駆動回路２０のブロック図の１例を図5
に示す。定電流回路２０Ａと放電回路２０Ｂからなり、
定電流回路２０Ａは定電流ｉを、一定容量とみなされる
周波数シフタ１０の電極に流し、充電する。
するセロダイン駆動回路２０のブロック図の１例を図5
に示す。定電流回路２０Ａと放電回路２０Ｂからなり、
定電流回路２０Ａは定電流ｉを、一定容量とみなされる
周波数シフタ１０の電極に流し、充電する。
【００４４】放電回路２０Ｂでは、一定周期の極く短い
パルス２４でスイッチを瞬間”オン”にし、定電流回路
２０Ａにより充電された電気光学素子１０を瞬時に放電
する。したがって充電と瞬時の放電を繰り返すことによ
り、一定周期のセロダイン駆動が行われる。
パルス２４でスイッチを瞬間”オン”にし、定電流回路
２０Ａにより充電された電気光学素子１０を瞬時に放電
する。したがって充電と瞬時の放電を繰り返すことによ
り、一定周期のセロダイン駆動が行われる。
【００４５】図6は本実施例における電気光学素子部分
の具体的構成図である。
の具体的構成図である。
【００４６】電気光学素子１０のセロダイン駆動電極１
２に面して、後に詳述する図7の如きセロダイン駆動回
路２０を表面実装した回路基板１６をスペーサ１５ａ、
１５ｂを介して積層され、電極１３へは電極１３側に設
けられたパッド１６ａから短いリード線１６ｂを介し
て、鋸歯状波が供給される構成となっている。
２に面して、後に詳述する図7の如きセロダイン駆動回
路２０を表面実装した回路基板１６をスペーサ１５ａ、
１５ｂを介して積層され、電極１３へは電極１３側に設
けられたパッド１６ａから短いリード線１６ｂを介し
て、鋸歯状波が供給される構成となっている。
【００４７】電気光学素子１０とセロダイン駆動回路基
板１６は、光束の開口１４ａ〜１４ｄと図7における電
源及び後述するクロック２３用のコード１４ｆの開口１
４ｅとを設けられた、導体より構成されるカバー１４
と、電気光学素子１０のグランド側の電極１２とでシー
ルドされている。
板１６は、光束の開口１４ａ〜１４ｄと図7における電
源及び後述するクロック２３用のコード１４ｆの開口１
４ｅとを設けられた、導体より構成されるカバー１４
と、電気光学素子１０のグランド側の電極１２とでシー
ルドされている。
【００４８】図7は、本実施例に用いられたセロダイン
駆動回路の回路図である。定電流回路２０Ａは、可変抵
抗ＶＲにより調整された定電流ｉを、一定容量とみなさ
れる電気光学素子１０にパッド１６ａから供給する。放
電回路２０Ｂでは、発信器等のクロック２３から入力さ
れたクロック信号の立ち下がりで、抵抗Ｒとコンデンサ
ーＣにより成るＲＣ回路の遅延を使い、極く短いパルス
２４を作る。このパルスを用いて、スイッチングトラン
ジスタＱ３を瞬間”オン”にし、定電流回路２０Ａによ
り充電された電気光学素子１０を瞬時にスイッチングト
ランジスタＱ３のソース電圧−ＨＶ近くまで放電する。
したがって充電と瞬時の放電を繰り返すことにより、入
力クロック２３のクロック信号周期のセロダイン駆動が
行われる。
駆動回路の回路図である。定電流回路２０Ａは、可変抵
抗ＶＲにより調整された定電流ｉを、一定容量とみなさ
れる電気光学素子１０にパッド１６ａから供給する。放
電回路２０Ｂでは、発信器等のクロック２３から入力さ
れたクロック信号の立ち下がりで、抵抗Ｒとコンデンサ
ーＣにより成るＲＣ回路の遅延を使い、極く短いパルス
２４を作る。このパルスを用いて、スイッチングトラン
ジスタＱ３を瞬間”オン”にし、定電流回路２０Ａによ
り充電された電気光学素子１０を瞬時にスイッチングト
ランジスタＱ３のソース電圧−ＨＶ近くまで放電する。
したがって充電と瞬時の放電を繰り返すことにより、入
力クロック２３のクロック信号周期のセロダイン駆動が
行われる。
【００４９】コンデンサー２１及び２２はそれぞれ、セ
ロダイン駆動回路から供給電源Ｖｃｃ及び、−ＨＶへ高
周波ノイズが漏れるのを防止するためのものである。ま
た、クロック２３は適当な高周波フイルタで波形をなま
し、高調波をすくなくして出力するように構成されてい
る。
ロダイン駆動回路から供給電源Ｖｃｃ及び、−ＨＶへ高
周波ノイズが漏れるのを防止するためのものである。ま
た、クロック２３は適当な高周波フイルタで波形をなま
し、高調波をすくなくして出力するように構成されてい
る。
【００５０】上記回路に、たとえばトランジスタＱ１、
Ｑ２、Ｑ３には、それぞれ２ＳＡ１２２６（ＮＥＣ
製）、２ＳＡ１３８４（日立製）、２ＳＫ１３３４（日
立製）を、ＩＣａ〜ＩＣｄとして、ＴＣ７４ＡＣ００Ｆ
（東芝製）等、小型の表面実装素子を用い、斯様な電気
光学素子１０とセロダイン駆動回路基板１６を積層にし
図6に示されたケース等でシールドした周波数シフタ
を、図3に示す光学系に組み込んだところ、ドップラー
信号としてノイズのない良好な信号がえられた。
Ｑ２、Ｑ３には、それぞれ２ＳＡ１２２６（ＮＥＣ
製）、２ＳＡ１３８４（日立製）、２ＳＫ１３３４（日
立製）を、ＩＣａ〜ＩＣｄとして、ＴＣ７４ＡＣ００Ｆ
（東芝製）等、小型の表面実装素子を用い、斯様な電気
光学素子１０とセロダイン駆動回路基板１６を積層にし
図6に示されたケース等でシールドした周波数シフタ
を、図3に示す光学系に組み込んだところ、ドップラー
信号としてノイズのない良好な信号がえられた。
【００５１】次に図8を用いて、比較例を説明する。
【００５２】図3において、図6に示すケースの代わり
に、セロダイン駆動回路からの高周波のノイズが信号に
入る事をを防ぐために、（ａ）の如く、電気基板４０だ
けを光センサー９の光の受光開口４５ａを有する導体カ
バー４５及び４６でシールドしたところ、高周波のノイ
ズは防げなかった、又電極１２をグランドに、電極１３
に鋸歯状波形を印加しても完全には防げなかった。
に、セロダイン駆動回路からの高周波のノイズが信号に
入る事をを防ぐために、（ａ）の如く、電気基板４０だ
けを光センサー９の光の受光開口４５ａを有する導体カ
バー４５及び４６でシールドしたところ、高周波のノイ
ズは防げなかった、又電極１２をグランドに、電極１３
に鋸歯状波形を印加しても完全には防げなかった。
【００５３】図3において、図6に示すケースの代わり
に、（ａ）に示すカバーと同時に、（ｂ）の如く電気光
学素子１０だけを光束Ｉ２ａ、Ｉ２ｂの開口１４ａ〜１
４ｅを有する導体カバー１４’でシールドしたところ、
高周波のノイズは完全には防げなかった。特に、セロダ
イン駆動２０からのケーブル２６、２７が電気基板４０
のケーブル４１、４２に近づく配置になるとノイズは顕
著になった。
に、（ａ）に示すカバーと同時に、（ｂ）の如く電気光
学素子１０だけを光束Ｉ２ａ、Ｉ２ｂの開口１４ａ〜１
４ｅを有する導体カバー１４’でシールドしたところ、
高周波のノイズは完全には防げなかった。特に、セロダ
イン駆動２０からのケーブル２６、２７が電気基板４０
のケーブル４１、４２に近づく配置になるとノイズは顕
著になった。
【００５４】上記原因としては、電気基板４０のケーブ
ル４１、４２が装置外では編成シールド５０によってシ
ールドされているが、装置内では電気基板につなぐため
の配線がセロダイン駆動回路に対して完全にシールドさ
れないためにセロダイン駆動の高周波ノイズを拾うもの
と考えられる。
ル４１、４２が装置外では編成シールド５０によってシ
ールドされているが、装置内では電気基板につなぐため
の配線がセロダイン駆動回路に対して完全にシールドさ
れないためにセロダイン駆動の高周波ノイズを拾うもの
と考えられる。
【００５５】図9は本発明の他の実施例の部分説明図で
ある。図9では、図６と同様電気光学素子部分のみ示し
てある。他の構成については第１の実施例と同様なの
で、説明、図面を省略する。
ある。図9では、図６と同様電気光学素子部分のみ示し
てある。他の構成については第１の実施例と同様なの
で、説明、図面を省略する。
【００５６】本実施例においてはセロダイン駆動回路基
板１６’には、セロダイン駆動回路の各素子が片面に表
面実装されて積層され、他面には鋸歯状波を供給する電
極１６ｃが設けられている。電極１６ｃは、ほぼ電気光
学素子１０の電極１３の大きさで金メッキされ、ネジ止
めによって直接電気光学素子１０の電極１３に接触させ
て鋸歯状波を供給する。この様に回路基板に電極１３と
の接触電極をメッキすることにより、ケース内の構成が
より小型化でき、装置の更なる小型化が実現できる。
板１６’には、セロダイン駆動回路の各素子が片面に表
面実装されて積層され、他面には鋸歯状波を供給する電
極１６ｃが設けられている。電極１６ｃは、ほぼ電気光
学素子１０の電極１３の大きさで金メッキされ、ネジ止
めによって直接電気光学素子１０の電極１３に接触させ
て鋸歯状波を供給する。この様に回路基板に電極１３と
の接触電極をメッキすることにより、ケース内の構成が
より小型化でき、装置の更なる小型化が実現できる。
【００５７】電気光学素子１０とセロダイン駆動回路基
板１６は、光束の開口電源及びクロック２３のコードの
開口を有する導体カバー１４と、電気光学素子１０のグ
ランド側の電極１２とでシールドされている。
板１６は、光束の開口電源及びクロック２３のコードの
開口を有する導体カバー１４と、電気光学素子１０のグ
ランド側の電極１２とでシールドされている。
【００５８】以上の各実施例では、電気光学素子を用い
た周波数シフタからの電気ノイズをケースと電極で形成
されたシールド空間によって押さえることができる。ま
た、電気の周波数シフタへの供給コードを、装置の他の
コードと一体化を可能にし、また周波数シフタを装置の
中にコンパクトに配置する事を可能とする。
た周波数シフタからの電気ノイズをケースと電極で形成
されたシールド空間によって押さえることができる。ま
た、電気の周波数シフタへの供給コードを、装置の他の
コードと一体化を可能にし、また周波数シフタを装置の
中にコンパクトに配置する事を可能とする。
【００５９】
【発明の効果】以上述べたように第１発明によれば、電
気光学素子を用いた周波数シフタからの電気ノイズの他
の回路への悪影響を押さえる事を可能とする。
気光学素子を用いた周波数シフタからの電気ノイズの他
の回路への悪影響を押さえる事を可能とする。
【００６０】また、第２発明によれば更に、より簡素化
された構成の周波数シフタが可能になる。
された構成の周波数シフタが可能になる。
【００６１】また、第３発明によれば更に、より簡素化
された構成の周波数シフタが可能になる。
された構成の周波数シフタが可能になる。
【００６２】また、第４発明によれば更に、セロダイン
駆動において上述電気ノイズの悪影響を押さえることが
できる。
駆動において上述電気ノイズの悪影響を押さえることが
できる。
【００６３】また、第５発明によれば更に、上述電気ノ
イズの悪影響を簡素な構成でより効率的に防止できる。
イズの悪影響を簡素な構成でより効率的に防止できる。
【００６４】また、第６発明によれば更に、電気光学素
子を用いた周波数シフタからの電気ノイズの他の回路へ
の悪影響を押さえる事を可能と下構成で、より高精度な
測定を維持できる光学式変位計測装置が実現される。
子を用いた周波数シフタからの電気ノイズの他の回路へ
の悪影響を押さえる事を可能と下構成で、より高精度な
測定を維持できる光学式変位計測装置が実現される。
【図１】レーザードップラ速度計の従来例を説明する図
【図２】レーザードップラ速度計の従来例を説明する図
【図３】本発明に係る第１実施例のレーザードップラ速
度計の説明図
度計の説明図
【図４】電気光学素子による光周波数シフタの説明図
【図５】セロダイン（鋸歯状波）駆動回路の一例のブロ
ック図
ック図
【図６】電気光学素子部分の詳細説明図
【図７】周波数シフタのセロダイン駆動回路の説明図
【図８】比較例の説明図
【図９】本発明の第２実施例のレーザードップラー速度
計の部分説明図
計の部分説明図
１ レーザーダイオード ２ コリメータレンズ ３ 回折格子 ４ ビームスプッリタ ５、６ 凸レンズ ７ 被測定物 ８ 集光レンズ ９ 光センサー １０ 周波数シフタ １１ａ、１１ｂ 電気光学素子 １２、１３ 電極 １４ 導体カバー １６ セロダイン駆動回路基板 ２０ セロダイン駆動回路 ４０ 電気基板
Claims (6)
- 【請求項１】 電気光学素子に電圧を印加する事により
前記電気光学素子に入射した光束の位相を変調する周波
数シフタに於いて、前記電気光学素子に印加する電圧を
発生させる回路部分と前記電気光学素子とを外部回路に
対してシールドするシールド手段に収容したことを特徴
とする周波数シフタ。 - 【請求項２】 前記シールド手段の一部が、前記電気光
学素子の片側の電圧印加用電極であり、該電極により前
記光学電気素子を支持する事を特徴とする請求項１に記
載の周波数シフタ。 - 【請求項３】 前記電気光学素子に電圧を印加するため
の電極と前記電気光学素子に印加するための電圧を発生
させる回路を設けた基板を対向配置させ、更に該基板の
前記電極に対向した面から該電極に電圧を供給する事を
特徴とする請求項１又は２に記載の周波数シフタ。 - 【請求項４】 前記電気光学素子に印加する電圧が鋸歯
状である事を特徴とする請求項１から３のいずれかに記
載の周波数シフタ。 - 【請求項５】 前記シールド手段は、導体で形成され、
前記回路部分と前記電気光学素子とを収容する収容部を
有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載の周波数シフタ。 - 【請求項６】 電気光学素子に電圧を印加する事により
前記電気光学素子に入射した光束の位相を変調する周波
数シフタと、該周波数シフタを介した光束を移動物体に
入射させる光学手段と、該光学手段で光束入射された移
動物体からのドップラーシフトを受けた散乱光を検出す
る検出手段とを有し、該検出手段の検出により前記移動
物体の変位情報を検出する光学式変位計測装置におい
て、前記周波数シフタが請求項１から請求項５のいずれ
かに記載の周波数シフタであることを特徴とする光学式
変位計測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7114566A JPH08304430A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 周波数シフタ及びそれを用いた光学式変位計測装置 |
| US08/640,111 US5737116A (en) | 1995-05-12 | 1996-04-30 | Frequency shifter and optical displacement measuring apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7114566A JPH08304430A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 周波数シフタ及びそれを用いた光学式変位計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304430A true JPH08304430A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14641030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7114566A Pending JPH08304430A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 周波数シフタ及びそれを用いた光学式変位計測装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5737116A (ja) |
| JP (1) | JPH08304430A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004302457A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-28 | Fujitsu Ltd | 光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源 |
| JP2020060600A (ja) * | 2020-01-24 | 2020-04-16 | キヤノン株式会社 | 速度計、および物品製造方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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