JPH09113523A - ドップラー速度計及び駆動システム - Google Patents
ドップラー速度計及び駆動システムInfo
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- JPH09113523A JPH09113523A JP7274146A JP27414695A JPH09113523A JP H09113523 A JPH09113523 A JP H09113523A JP 7274146 A JP7274146 A JP 7274146A JP 27414695 A JP27414695 A JP 27414695A JP H09113523 A JPH09113523 A JP H09113523A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01P3/366—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light by using diffraction of light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定物の速度が非常に遅いときや静止の時
により充分な測定の精度を得る。 【解決手段】 被測定物7に光を照射して得られた散乱
光の受光信号を信号処理回路100によって処理して速度
情報を検出する為のドップラー速度計で、被測定物7の
移動速度が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得
られるべき受光信号の周波数付近を通過させるバンドパ
スフィルター103を前記信号処理回路内で機能させる切
替手段104を有する。
により充分な測定の精度を得る。 【解決手段】 被測定物7に光を照射して得られた散乱
光の受光信号を信号処理回路100によって処理して速度
情報を検出する為のドップラー速度計で、被測定物7の
移動速度が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得
られるべき受光信号の周波数付近を通過させるバンドパ
スフィルター103を前記信号処理回路内で機能させる切
替手段104を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は移動する物体や流体
などの移動速度、移動距離等を非接触且つ高精度に測定
するドップラー速度計及びこれを用いた駆動システムに
関する。本発明は特に被測定物体に光を照射し、物体か
らの散乱光のドップラーシフトによって測定を実行する
ドップラー速度計、信号処理方法及びこれを用いた駆動
システム、方法に関するものである。
などの移動速度、移動距離等を非接触且つ高精度に測定
するドップラー速度計及びこれを用いた駆動システムに
関する。本発明は特に被測定物体に光を照射し、物体か
らの散乱光のドップラーシフトによって測定を実行する
ドップラー速度計、信号処理方法及びこれを用いた駆動
システム、方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、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、ドップラー速度計が使用
されている。ドップラー速度計では、移動する物体や流
体にレーザー光等の可干渉光を照射し、移動物体もしく
は移動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、前記移動物体もしくは移動流体の移動速度を測
定する。
高精度に測定する装置として、ドップラー速度計が使用
されている。ドップラー速度計では、移動する物体や流
体にレーザー光等の可干渉光を照射し、移動物体もしく
は移動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、前記移動物体もしくは移動流体の移動速度を測
定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の上述ドップラー
速度計には、以下のような課題があった。
速度計には、以下のような課題があった。
【０００４】１．被測定物の速度が非常に遅いときや静
止の時には、被測定物の表面状態によってはドップラー
信号のレベルが下がり信号のＳ／Ｎが悪化した状態が長
く続くことがあった。そのような場合にも、より充分な
測定の精度を得ることが求められてきた。
止の時には、被測定物の表面状態によってはドップラー
信号のレベルが下がり信号のＳ／Ｎが悪化した状態が長
く続くことがあった。そのような場合にも、より充分な
測定の精度を得ることが求められてきた。
【０００５】２．ドップラー速度計の出力信号は速度に
比例した単信号のパルス出力であった。従来のエンコー
ダ出力と同等の回路を用いる場合等に対応するため、移
動方向も含めた距離の測定に使用される簡単なカウンタ
ー装置に使用可能な装置が必要となってきた。
比例した単信号のパルス出力であった。従来のエンコー
ダ出力と同等の回路を用いる場合等に対応するため、移
動方向も含めた距離の測定に使用される簡単なカウンタ
ー装置に使用可能な装置が必要となってきた。
【０００６】３．被測定物に光束照射をする際、半導体
レーザー等光源波長が不安定でも検出周波数がその波長
変動の影響を受けにくいようにした光学系をレンズ系で
組む場合に、このレンズ系による球面収差の発生にも注
意を払うことが必要になってきた。
レーザー等光源波長が不安定でも検出周波数がその波長
変動の影響を受けにくいようにした光学系をレンズ系で
組む場合に、このレンズ系による球面収差の発生にも注
意を払うことが必要になってきた。
【０００７】本発明は、上述各課題を解決する高精度測
定を実現可能なドップラー速度計、信号処理方法及びこ
れを用いた駆動システム、方法の提供を目的とする。
定を実現可能なドップラー速度計、信号処理方法及びこ
れを用いた駆動システム、方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述課題１を解決するた
めの本発明は、被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、被測定物の移動速度
が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得られるべ
き受光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフィル
ターを前記信号処理回路内で機能させる切替手段を有す
ることを特徴とするドップラー速度計であり、又このド
ップラー速度計を有し、検出された速度情報に基づいて
被測定物を駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする
駆動システムである。
めの本発明は、被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、被測定物の移動速度
が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得られるべ
き受光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフィル
ターを前記信号処理回路内で機能させる切替手段を有す
ることを特徴とするドップラー速度計であり、又このド
ップラー速度計を有し、検出された速度情報に基づいて
被測定物を駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする
駆動システムである。
【０００９】上述課題２を解決するための本発明は、被
測定物に光を照射して得られた散乱光の受光信号を信号
処理回路によって処理して速度情報を検出する為のドッ
プラー速度計で、前記信号処理回路は被測定物の所定移
動距離毎にパルスを発する互いに位相差を持ち且つ該位
相差が被測定物の移動の方向に応じて入れ替わる１対の
周期信号を出力する手段を有することを特徴とするドッ
プラー速度計であり、又このドップラー速度計を有し、
検出された速度情報に基づいて被測定物を駆動する駆動
手段を設けたことを特徴とする駆動システムである。
測定物に光を照射して得られた散乱光の受光信号を信号
処理回路によって処理して速度情報を検出する為のドッ
プラー速度計で、前記信号処理回路は被測定物の所定移
動距離毎にパルスを発する互いに位相差を持ち且つ該位
相差が被測定物の移動の方向に応じて入れ替わる１対の
周期信号を出力する手段を有することを特徴とするドッ
プラー速度計であり、又このドップラー速度計を有し、
検出された速度情報に基づいて被測定物を駆動する駆動
手段を設けたことを特徴とする駆動システムである。
【００１０】上述課題３を解決するための本発明は、光
を回折格子で２光束に分離し前記２光束をレンズ系を用
いて交差させて被測定物に照射し、得られた散乱光の受
光信号より速度情報を検出する為のドップラー速度計
で、前記レンズ系が焦点距離の異なる第１及び第２のレ
ンズ群からなるアフォーカル光学系から構成されてお
り、第２のレンズ群がメニスカスレンズと両凸レンズと
の組合せを有することを特徴とするドップラー速度計で
あり、又このドップラー速度計を有し、検出された速度
情報に基づいて被測定物を駆動する駆動手段を設けたこ
とを特徴とする駆動システムである。
を回折格子で２光束に分離し前記２光束をレンズ系を用
いて交差させて被測定物に照射し、得られた散乱光の受
光信号より速度情報を検出する為のドップラー速度計
で、前記レンズ系が焦点距離の異なる第１及び第２のレ
ンズ群からなるアフォーカル光学系から構成されてお
り、第２のレンズ群がメニスカスレンズと両凸レンズと
の組合せを有することを特徴とするドップラー速度計で
あり、又このドップラー速度計を有し、検出された速度
情報に基づいて被測定物を駆動する駆動手段を設けたこ
とを特徴とする駆動システムである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施例のレ
ーザードップラー速度計の光学構成を示す図である。上
が上面断面図、下が正面断面図を表す。
ーザードップラー速度計の光学構成を示す図である。上
が上面断面図、下が正面断面図を表す。
【００１２】図中、８０はレーザードップラ速度計の光
学ヘッド部（光学センサー）であり、以下のような構成
になっている。レーザーダイオード１から出射されたレ
ーザー光はＺ軸に直線偏光となるように配置され、コリ
メーターレンズ２によって平行光束３となる。平行光束
３は格子配列方向がＹ軸方向で格子ピッチｄの回折格子
２０によって２光束５ａ、５ｂに回折角θで分割され
る。
学ヘッド部（光学センサー）であり、以下のような構成
になっている。レーザーダイオード１から出射されたレ
ーザー光はＺ軸に直線偏光となるように配置され、コリ
メーターレンズ２によって平行光束３となる。平行光束
３は格子配列方向がＹ軸方向で格子ピッチｄの回折格子
２０によって２光束５ａ、５ｂに回折角θで分割され
る。
【００１３】このとき、回折角θは、 ｄｓｉｎθ＝λ ・・・（１） となる。
【００１４】光束５ａ、５ｂは、第１レンズ２１を透過
して集光光に変換され、シリンドリカルレンズ２２によ
りＺ軸方向に（ＸＺ面内で）のみ略平行光とされて電気
光学結晶１０ａ、１０ｂより構成される周波数シフター
５０に入射される。
して集光光に変換され、シリンドリカルレンズ２２によ
りＺ軸方向に（ＸＺ面内で）のみ略平行光とされて電気
光学結晶１０ａ、１０ｂより構成される周波数シフター
５０に入射される。
【００１５】電気光学結晶１０ａ、１０ｂは共に結晶軸
がＺ方向に平行で且つ互いの結晶軸方向が逆向きになる
ように配置されており、Ｚ方向の両側に配置された共通
の電極（不図示）に挟まれており、同方向に同時に鋸歯
状の周期変化電界を印加（セロダイン駆動）されるよう
になっている。これにより２光束は逆向きの周波数シフ
トを受けることになり、両光束間に周波数差が生じる。
がＺ方向に平行で且つ互いの結晶軸方向が逆向きになる
ように配置されており、Ｚ方向の両側に配置された共通
の電極（不図示）に挟まれており、同方向に同時に鋸歯
状の周期変化電界を印加（セロダイン駆動）されるよう
になっている。これにより２光束は逆向きの周波数シフ
トを受けることになり、両光束間に周波数差が生じる。
【００１６】第１レンズと２１シリンドリカルレンズ２
２の作用によってＸＺ面内で径の小さな略平行光として
電気光学結晶１０ａ、１０ｂに入射させているので、平
行光束３の径を大きくしても薄い電気光学結晶１０に蹴
られずに透過させることができ、少ない引加電圧で周波
数シフターを得ることが出来る。
２の作用によってＸＺ面内で径の小さな略平行光として
電気光学結晶１０ａ、１０ｂに入射させているので、平
行光束３の径を大きくしても薄い電気光学結晶１０に蹴
られずに透過させることができ、少ない引加電圧で周波
数シフターを得ることが出来る。
【００１７】２光束は周波数シフター５０から出射後、
さらにレンズ２３、２４からなる第２レンズ群２５によ
り屈折され、速度Ｖで移動している被測定物７がちょう
ど２光束の交差位置で照明される形になるように、被測
定物７に入射角θ’（交差角２θ’）で２光束照射され
る。
さらにレンズ２３、２４からなる第２レンズ群２５によ
り屈折され、速度Ｖで移動している被測定物７がちょう
ど２光束の交差位置で照明される形になるように、被測
定物７に入射角θ’（交差角２θ’）で２光束照射され
る。
【００１８】ここで、第１レンズ２１と第２レンズ群２
５はＸＹ面内に於いて倍率ｍのアフォーカル光学系にな
っており、 ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｍ ・・・（２） の関係になるようにされた上で、第１レンズ２１で発生
する球面収差を第２レンズ群２５でキャンセルするよう
に収差補正されている。特に、両凸レンズである第１レ
ンズ２１と両凸レンズ２４を含む第２レンズ群２５の収
差を最終的にキャンセルするために、レンズ２３はメニ
スカスレンズとなっている。これにより、ＸＹ平面内で
は２光束は平行光として被測定物７に入射する。一方Ｘ
Ｚ面内では、シリンドリカルレンズ２２の作用により、
２光束は被測定物７上で集光する。
５はＸＹ面内に於いて倍率ｍのアフォーカル光学系にな
っており、 ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｍ ・・・（２） の関係になるようにされた上で、第１レンズ２１で発生
する球面収差を第２レンズ群２５でキャンセルするよう
に収差補正されている。特に、両凸レンズである第１レ
ンズ２１と両凸レンズ２４を含む第２レンズ群２５の収
差を最終的にキャンセルするために、レンズ２３はメニ
スカスレンズとなっている。これにより、ＸＹ平面内で
は２光束は平行光として被測定物７に入射する。一方Ｘ
Ｚ面内では、シリンドリカルレンズ２２の作用により、
２光束は被測定物７上で集光する。
【００１９】第２レンズ群２５より出射される光束５
ｇ、５ｈは集平行となっているので測定レンジではかな
り扁平率の高い楕円となり、速度検出方向（Ｙ方向）へ
の光線径を拡大して測定信号の検出領域を広げつつ、そ
れに垂直な方向（Ｚ方向）の光線径を縮小して他領域か
らのノイズ信号発生を防止することで、信号のＳ／Ｎも
向上する。
ｇ、５ｈは集平行となっているので測定レンジではかな
り扁平率の高い楕円となり、速度検出方向（Ｙ方向）へ
の光線径を拡大して測定信号の検出領域を広げつつ、そ
れに垂直な方向（Ｚ方向）の光線径を縮小して他領域か
らのノイズ信号発生を防止することで、信号のＳ／Ｎも
向上する。
【００２０】被測定物７に照射され、被測定物７からの
散乱光を第２レンズ群２５、集光レンズ８を透過して、
反射プリズム２６により折り返されて、光検出器９にて
取り込む。
散乱光を第２レンズ群２５、集光レンズ８を透過して、
反射プリズム２６により折り返されて、光検出器９にて
取り込む。
【００２１】光束５ｇ、５ｈは、周波数シフター５０に
より周波数差ｆRが付いており、被測定物７からの散乱
光のドップラ−周波数Ｆは、２光束の周波数差ｆRによ
り次の式の様になる。
より周波数差ｆRが付いており、被測定物７からの散乱
光のドップラ−周波数Ｆは、２光束の周波数差ｆRによ
り次の式の様になる。
【００２２】 Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ／λ＋ｆR ・・・（３）
【００２３】よって、被測定物７の速度Ｖが遅い場合で
も、ｆRを適当な値に設定すれば、スペックルパタ−ン
の流れや被測定物の透過率（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を十分に取ることがで
き、後述するようにフィルター等で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、
低速速度検出が可能となる。
も、ｆRを適当な値に設定すれば、スペックルパタ−ン
の流れや被測定物の透過率（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を十分に取ることがで
き、後述するようにフィルター等で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、
低速速度検出が可能となる。
【００２４】ここで得られる速度情報を含んだ光のビー
ト信号（ドップラー周波数）は、（１）、（２）、
（３）より、 Ｆ＝２Ｖ／ｍｄ＋ｆR ・・・（４） となる。
ト信号（ドップラー周波数）は、（１）、（２）、
（３）より、 Ｆ＝２Ｖ／ｍｄ＋ｆR ・・・（４） となる。
【００２５】音叉振動子３０は、静止状態近傍で信号の
ドロップアウトが連続的に生じることを防ぐために設け
ており、回路基板４０に一体構成され、先端が光検出器
９への光路を一部遮る形で配置され、自己共振回路によ
りメカニカル共振周波数で振動している。この振動によ
り、光検出器９に入射する光束の被測定物７上検出位置
及び被測定物７からの検出方向が周期的に変化する。こ
れにより、振動の一周期の間のいずれかの状態でドップ
ラー信号を拾う確率が高くなり、最終的にドロップアウ
トが連続的に生じることを防止することが出来る。音叉
振動子３０のメカニカル共振周波数は後述するフィルタ
ーで電気的に除かれるように設計されている。
ドロップアウトが連続的に生じることを防ぐために設け
ており、回路基板４０に一体構成され、先端が光検出器
９への光路を一部遮る形で配置され、自己共振回路によ
りメカニカル共振周波数で振動している。この振動によ
り、光検出器９に入射する光束の被測定物７上検出位置
及び被測定物７からの検出方向が周期的に変化する。こ
れにより、振動の一周期の間のいずれかの状態でドップ
ラー信号を拾う確率が高くなり、最終的にドロップアウ
トが連続的に生じることを防止することが出来る。音叉
振動子３０のメカニカル共振周波数は後述するフィルタ
ーで電気的に除かれるように設計されている。
【００２６】図２は本実施例の信号処理ユニット１００
のブロック図である。
のブロック図である。
【００２７】同図に於て１０１及び１０２は光検出器９
からの検出信号（ドップラー信号）のノイズをカットす
るためのローパスフィルター（ＬＰＦ）及びハイパスフ
ィルター（ＨＰＦ）である。１０３はＨＰＦ１０２の出
力を入力とする第１のバンドパスフィルター（ＢＰＦ）
で、その中心周波数は被測定物が静止しているときのド
ップラー信号の周波数（即ちｆR）と一致している。
からの検出信号（ドップラー信号）のノイズをカットす
るためのローパスフィルター（ＬＰＦ）及びハイパスフ
ィルター（ＨＰＦ）である。１０３はＨＰＦ１０２の出
力を入力とする第１のバンドパスフィルター（ＢＰＦ）
で、その中心周波数は被測定物が静止しているときのド
ップラー信号の周波数（即ちｆR）と一致している。
【００２８】１０４は切替用のスイッチ（ＳＷ）であ
り、内蔵のＣＰＵ１３１の指令により可変利得増幅器
（ＡＧＣ）１０５への入力をＨＰＦ１０２の出力とＢＰ
Ｆ１０３の出力とに切替ている。ＡＧＣ１０５はドップ
ラー信号のレベルを一定の値にする。
り、内蔵のＣＰＵ１３１の指令により可変利得増幅器
（ＡＧＣ）１０５への入力をＨＰＦ１０２の出力とＢＰ
Ｆ１０３の出力とに切替ている。ＡＧＣ１０５はドップ
ラー信号のレベルを一定の値にする。
【００２９】１０６は第２のバンドパスフィルター（Ｂ
ＰＦ）で、ＣＰＵ１３１のコントロールによりその中心
周波数はＡＧＣ１０５の出力のドップラー信号の周波数
に追従するように変化する。
ＰＦ）で、ＣＰＵ１３１のコントロールによりその中心
周波数はＡＧＣ１０５の出力のドップラー信号の周波数
に追従するように変化する。
【００３０】１０７はＢＰＦ１０６の出力をデジタル信
号のＨｉ、Ｌｏに二値化する波形整形器であり、１０８
は波形整形器１０７を経たドップラー信号に生じたドロ
ップアウトを補間して連続した矩形波のドップラー信号
にするデジタル信号処理部である。
号のＨｉ、Ｌｏに二値化する波形整形器であり、１０８
は波形整形器１０７を経たドップラー信号に生じたドロ
ップアウトを補間して連続した矩形波のドップラー信号
にするデジタル信号処理部である。
【００３１】１０９は方向・距離検出器で、デジタル信
号処理部１０８の出力のドップラー信号と、周波数シフ
ター５０にシフト周波数として周波数ｆRの周期信号を
（後述するコントロール回路を介して）出力する速度シ
フター発振器１１１の、この周期信号とを比較し、その
周波数差より得られる被測定物７の移動方向と距離情報
に基づいた位相差出力Ａ及び位相差出力Ｂを外部出力す
る。この出力Ａ、Ｂについては後程詳述する。
号処理部１０８の出力のドップラー信号と、周波数シフ
ター５０にシフト周波数として周波数ｆRの周期信号を
（後述するコントロール回路を介して）出力する速度シ
フター発振器１１１の、この周期信号とを比較し、その
周波数差より得られる被測定物７の移動方向と距離情報
に基づいた位相差出力Ａ及び位相差出力Ｂを外部出力す
る。この出力Ａ、Ｂについては後程詳述する。
【００３２】１１０はＦ／Ｖ変換器でデジタル信号処理
部１０８と速度シフター発振器１１１の出力比較により
得られた被測定物の移動方向と速度の情報に応じた電圧
を外部出力する。
部１０８と速度シフター発振器１１１の出力比較により
得られた被測定物の移動方向と速度の情報に応じた電圧
を外部出力する。
【００３３】１１２は光学センサー８０内のレーザーダ
イオード１のオン／オフや周波数シフター５０へのシフ
ター信号及び回路電源を供給するコントロール回路であ
る。１１４は装置の電源ＳＷで、１１３はＡＣ電源から
安定した電源をコントロール回路１１２やその他信号処
理ユニット１００内の回路に供給するための電源回路で
ある。
イオード１のオン／オフや周波数シフター５０へのシフ
ター信号及び回路電源を供給するコントロール回路であ
る。１１４は装置の電源ＳＷで、１１３はＡＣ電源から
安定した電源をコントロール回路１１２やその他信号処
理ユニット１００内の回路に供給するための電源回路で
ある。
【００３４】１２０は光検出器９からの信号の内、反射
光量に応じた信号成分（直流成分）のみを増幅して出力
する増幅器で、１２１は増幅器１２０からの反射光量に
応じた信号に基づいて光学センサー８０の最適設置位置
（反射光量最大位置）を示すためのポジション表示器で
ある。
光量に応じた信号成分（直流成分）のみを増幅して出力
する増幅器で、１２１は増幅器１２０からの反射光量に
応じた信号に基づいて光学センサー８０の最適設置位置
（反射光量最大位置）を示すためのポジション表示器で
ある。
【００３５】１３０は操作者がレーザーをオン／オフし
たり、速度の表示単位を切り換えたりする入力の為のコ
ントロールＳＷで、このコントロールＳＷ１３０による
入力内容はＣＰＵ１３１に送信される。ＣＰＵ１３１で
は信号処理ユニット１００内各部からの情報を受け取
り、それぞれをコントロールし、測定の状況によりエラ
ー出力を出力している。又１３２はＣＰＵ１３１の出力
により測定の状況や（ＣＰＵ１３１へ送信されたデジタ
ル信号処理部１０８の出力から）被測定物の速度を表示
するＬＥＤ表示器である。
たり、速度の表示単位を切り換えたりする入力の為のコ
ントロールＳＷで、このコントロールＳＷ１３０による
入力内容はＣＰＵ１３１に送信される。ＣＰＵ１３１で
は信号処理ユニット１００内各部からの情報を受け取
り、それぞれをコントロールし、測定の状況によりエラ
ー出力を出力している。又１３２はＣＰＵ１３１の出力
により測定の状況や（ＣＰＵ１３１へ送信されたデジタ
ル信号処理部１０８の出力から）被測定物の速度を表示
するＬＥＤ表示器である。
【００３６】なお、デジタル信号処理部１０８からのド
ップラー信号パルス、速度シフター発信器111からの速
度シフタ周波数パルス信号は、それぞれ一部直接外部に
も出力される。
ップラー信号パルス、速度シフター発信器111からの速
度シフタ周波数パルス信号は、それぞれ一部直接外部に
も出力される。
【００３７】上記構成の信号処理ユニット１００のＢＰ
Ｆ１０３、切替ＳＷ１０４の動作と制御について詳しく
説明する。
Ｆ１０３、切替ＳＷ１０４の動作と制御について詳しく
説明する。
【００３８】ＣＰＵ１３１では、ある一定間隔でデジタ
ル信号処理部１０８の出力から被測定物の速度を割り出
している。そして被測定物の速度の絶対値が所定速（速
度１）以下になると切替ＳＷ１０４をＢＰＦ１０３の方
に切替え、また、被測定物の速度の絶対値が所定速（速
度２）以上になると切替ＳＷ１０４をＨＰＦ１０２の出
力の方に切替える様に制御している。ここで、速度１と
速度２の関係は 速度１＜速度２ になっている。
ル信号処理部１０８の出力から被測定物の速度を割り出
している。そして被測定物の速度の絶対値が所定速（速
度１）以下になると切替ＳＷ１０４をＢＰＦ１０３の方
に切替え、また、被測定物の速度の絶対値が所定速（速
度２）以上になると切替ＳＷ１０４をＨＰＦ１０２の出
力の方に切替える様に制御している。ここで、速度１と
速度２の関係は 速度１＜速度２ になっている。
【００３９】ノイズと速度信号が比較的近い低速度状態
でＡＧＣ１０５の前にＢＰＦ１０３を挿入して、信号を
より厳密にフィルターすることにより、ＡＧＣ１０５の
入力信号のＳ／Ｎが改善される。従って実質的に信号処
理に必要な信号成分のみでＡＧＣを動作させることがで
き、低速や静止時の測定精度を改善することができる。
でＡＧＣ１０５の前にＢＰＦ１０３を挿入して、信号を
より厳密にフィルターすることにより、ＡＧＣ１０５の
入力信号のＳ／Ｎが改善される。従って実質的に信号処
理に必要な信号成分のみでＡＧＣを動作させることがで
き、低速や静止時の測定精度を改善することができる。
【００４０】次に方向・距離検出器１０９について詳し
く説明する。
く説明する。
【００４１】方向・距離検出器１０９では速度シフター
による周波数成分と被測定物７の速度成分の周波数の混
合したデジタル信号処理部１０８の出力のドップラー信
号の周波数Ｆと、速度シフター周波数成分ｆＲとから得
られる移動方向と移動距離の情報より、方向と移動距離
の解る１対の位相差出力Ａと位相差出力Ｂを出力してい
る。
による周波数成分と被測定物７の速度成分の周波数の混
合したデジタル信号処理部１０８の出力のドップラー信
号の周波数Ｆと、速度シフター周波数成分ｆＲとから得
られる移動方向と移動距離の情報より、方向と移動距離
の解る１対の位相差出力Ａと位相差出力Ｂを出力してい
る。
【００４２】位相差出力Ａと位相差出力Ｂの関係を図３
で説明する。図３の（ａ）は被測定物の移動方向が正の
時で、位相差出力Ａは位相差出力ＢよりＴだけ位相が進
んでおり、また、移動距離Ｌ毎に１パルス出力する。図
３の（ｂ）は被測定物の移動方向が負の時で、位相差出
力Ａは位相差出力ＢよりＴだけ位相が遅れており、ま
た、移動距離Ｌ毎に１パルス出力する。この様に位相差
出力Ａと位相差出力Ｂは、被測定物７の移動方向に応じ
て位相差関係が（ａ）（ｂ）のように切り替わる。
で説明する。図３の（ａ）は被測定物の移動方向が正の
時で、位相差出力Ａは位相差出力ＢよりＴだけ位相が進
んでおり、また、移動距離Ｌ毎に１パルス出力する。図
３の（ｂ）は被測定物の移動方向が負の時で、位相差出
力Ａは位相差出力ＢよりＴだけ位相が遅れており、ま
た、移動距離Ｌ毎に１パルス出力する。この様に位相差
出力Ａと位相差出力Ｂは、被測定物７の移動方向に応じ
て位相差関係が（ａ）（ｂ）のように切り替わる。
【００４３】位相差出力Ａと位相差出力Ｂは、具体的に
はドップラー信号Ｆと速度シフター周波数成分ｆＲから
方向と移動距離のＵＰ／ＤＯＷＮパルスを作り、そのパ
ルスをＵＰ／ＤＯＷＮカウンターに入れて、その出力よ
り生成している。
はドップラー信号Ｆと速度シフター周波数成分ｆＲから
方向と移動距離のＵＰ／ＤＯＷＮパルスを作り、そのパ
ルスをＵＰ／ＤＯＷＮカウンターに入れて、その出力よ
り生成している。
【００４４】この出力信号は回転や移動距離を計測する
エンコーダーのＡ相Ｂ相の出力信号に準拠しており、移
動距離を計測するのに一般のエンコーダーのカウンター
をそのまま用いることができる。
エンコーダーのＡ相Ｂ相の出力信号に準拠しており、移
動距離を計測するのに一般のエンコーダーのカウンター
をそのまま用いることができる。
【００４５】図４は本発明の第２実施例の概略説明図
で、本実施例は、第１実施例の装置を駆動システムに適
応した駆動装置である。
で、本実施例は、第１実施例の装置を駆動システムに適
応した駆動装置である。
【００４６】図中、光学センサー８０と信号処理ユニッ
ト１００は第１実施例と同じ構成である。ＨＣは、信号
処理ユニット１００からの位相差信号Ａ、Ｂをカウント
するカウンタを含み、得られたい同方向及び移動距離情
報よりプログラムに従った駆動指令信号を発するホスト
コンピュータである。このホストコンピュータＨＣから
の駆動指令信号は、モータードライバー回路を内蔵する
駆動用モーターＭＴに送信され、モーターＭＴはこの指
令に基づいて被測定物である搬送対象７を不図示の搬送
機構を介して図面上下方向に搬送する。この搬送対象７
の表面を光学センサー８０で検出するように配置してい
る。
ト１００は第１実施例と同じ構成である。ＨＣは、信号
処理ユニット１００からの位相差信号Ａ、Ｂをカウント
するカウンタを含み、得られたい同方向及び移動距離情
報よりプログラムに従った駆動指令信号を発するホスト
コンピュータである。このホストコンピュータＨＣから
の駆動指令信号は、モータードライバー回路を内蔵する
駆動用モーターＭＴに送信され、モーターＭＴはこの指
令に基づいて被測定物である搬送対象７を不図示の搬送
機構を介して図面上下方向に搬送する。この搬送対象７
の表面を光学センサー８０で検出するように配置してい
る。
【００４７】前述のような構成により、搬送対象７の正
確な低速搬送制御が可能である。
確な低速搬送制御が可能である。
【００４８】切換ＳＷ１０４は、ＣＰＵからの指令では
なく、デジタル信号処理部１０８と速度シフタ発信器１
１１の出力の周波数差を検出して、前述速度１、２に対
応する周波数差になったときに前述のような切換制御を
行う回路を別設してもよい。また切換ＳＷ１０４によっ
てＢＰＦ１０３を処理回路内に挿入する形態の変わり
に、ＢＰＦ１０３を特性可変の構成にして処理回路内に
常時組み込んだ状態にしておき、通常は広い範囲の周波
数帯域を持たせ、静止に近い低速状態になったときのみ
ＢＰＦ１０３を実質的に被測定物が静止しているときの
ドップラー信号の周波数の付近のみ通過させる様に特性
変化させる構成としてもよい。
なく、デジタル信号処理部１０８と速度シフタ発信器１
１１の出力の周波数差を検出して、前述速度１、２に対
応する周波数差になったときに前述のような切換制御を
行う回路を別設してもよい。また切換ＳＷ１０４によっ
てＢＰＦ１０３を処理回路内に挿入する形態の変わり
に、ＢＰＦ１０３を特性可変の構成にして処理回路内に
常時組み込んだ状態にしておき、通常は広い範囲の周波
数帯域を持たせ、静止に近い低速状態になったときのみ
ＢＰＦ１０３を実質的に被測定物が静止しているときの
ドップラー信号の周波数の付近のみ通過させる様に特性
変化させる構成としてもよい。
【００４９】方向・距離検出器１０９は、所定のプログ
ラムに従って信号処理して位相差出力Ａと位相差出力Ｂ
を出力する構成にしてもよい。
ラムに従って信号処理して位相差出力Ａと位相差出力Ｂ
を出力する構成にしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上述べたように各発明に於いて、 １．被測定物の移動速度が遅いときに、被測定物が静止
状態のときに得られるべき受光信号の周波数付近を通過
させるバンドパスフィルターを前記信号処理回路内で機
能させる様にしたことで、被測定物が静止している時や
低速のときの測定精度を改善できる。
状態のときに得られるべき受光信号の周波数付近を通過
させるバンドパスフィルターを前記信号処理回路内で機
能させる様にしたことで、被測定物が静止している時や
低速のときの測定精度を改善できる。
【００５１】２．被測定物の所定移動距離毎にパルスを
発する互いに位相差を持ち且つ該位相差が被測定物の移
動の方向に応じて入れ替わる１対の周期信号を出力する
様にしたことで、現行のエンコーダ等に使用されるカウ
ンターを用いることができ、容易に移動方向も含めた距
離の計測システムを組むことができる。
発する互いに位相差を持ち且つ該位相差が被測定物の移
動の方向に応じて入れ替わる１対の周期信号を出力する
様にしたことで、現行のエンコーダ等に使用されるカウ
ンターを用いることができ、容易に移動方向も含めた距
離の計測システムを組むことができる。
【００５２】３．第２のレンズ群がメニスカスレンズと
両凸レンズとの組合せを有することで、焦点距離の異な
る２つのレンズ群よりなるアフォーカル系で発生する収
差を除去でき、より正確な測定が可能になる。
両凸レンズとの組合せを有することで、焦点距離の異な
る２つのレンズ群よりなるアフォーカル系で発生する収
差を除去でき、より正確な測定が可能になる。
【図１】第１実施例の光学構成を示す図
【図２】同実施例のドップラー速度計の信号処理ユニッ
トのブロック図
トのブロック図
【図３】位相差出力Ａと位相差出力Ｂを説明する図
【図４】第２実施例の概略説明図
１ 光源 ２ コリメーターレンズ ７ 被測定物 ８ 集光レンズ ９ 光検出器 １０ 電気光学素子 ２０ 回折格子 ２１、２５ レンズ群 ２２ シリンドリカルレンズ ３０ 音叉振動子 ４０ 回路基板 ５０ 周波数シフター ８０ レーザードップラ速度計光学ヘッド １００ 信号処理ユニット １０３ 第１のバンドパスフィルター １０４ 切替ＳＷ １０９ 方向 距離検出器 １１４ 電源ＳＷ
Claims (16)
- 【請求項１】 被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、被測定物の移動速度
が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得られるべ
き受光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフィル
ターを前記信号処理回路内で機能させる切替手段を有す
ることを特徴とするドップラー速度計。 - 【請求項２】 前記切替手段は、被測定物の移動速度が
遅いときに、前記バンドパスフィルターを信号処理回路
の可変利得増幅器の前の位置に挿入することを特徴とす
る請求項１に記載のドップラー速度計。 - 【請求項３】 被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、且つ被測定物の移動
速度が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得られ
るべき受光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフ
ィルターを前記信号処理回路内で機能させる切替手段を
有するドップラー速度計を有し、検出された速度情報に
基づいて被測定物を駆動する駆動手段を設けたことを特
徴とする駆動システム。 - 【請求項４】 被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、前記信号処理回路は
被測定物の所定移動距離毎にパルスを発する互いに位相
差を持ち且つ該位相差が被測定物の移動の方向に応じて
入れ替わる１対の周期信号を出力する手段を有すること
を特徴とするドップラー速度計。 - 【請求項５】 該１対の周期信号はＡ相、Ｂ相出力を成
すことを特徴とする請求項４に記載のドップラー速度
計。 - 【請求項６】 被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為のドップラー速度計で、且つ前記信号処理回
路は被測定物の所定移動距離毎にパルスを発する互いに
位相差を持ち且つ該位相差が被測定物の移動の方向に応
じて入れ替わる１対の周期信号を出力する手段を有する
ドップラー速度計を有し、検出された速度情報に基づい
て被測定物を駆動する駆動手段を設けたことを特徴とす
る駆動システム。 - 【請求項７】 光を回折格子で２光束に分離し前記２光
束をレンズ系を用いて交差させて被測定物に照射し、得
られた散乱光の受光信号より速度情報を検出する為のド
ップラー速度計で、前記レンズ系が焦点距離の異なる第
１及び第２のレンズ群からなるアフォーカル光学系から
構成されており、第２のレンズ群がメニスカスレンズと
両凸レンズとの組合せを有することを特徴とするドップ
ラー速度計。 - 【請求項８】 光を回折格子で２光束に分離し前記２光
束をレンズ系を用いて交差させて被測定物に照射し、得
られた散乱光の受光信号より速度情報を検出する為のド
ップラー速度計で、且つ前記レンズ系が焦点距離の異な
る第１及び第２のレンズ群からなるアフォーカル光学系
から構成されており、第２のレンズ群がメニスカスレン
ズと両凸レンズとの組合せを有するドップラー速度計を
有し、検出された速度情報に基づいて被測定物を駆動す
る駆動手段を設けたことを特徴とする駆動システム。 - 【請求項９】 被測定物に光を照射して得られた散乱光
の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報を
検出する為の信号処理方法で、被測定物の移動速度が遅
いときに、被測定物が静止状態のときに得られるべき受
光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフィルター
を前記信号処理回路内で機能させることを特徴とする信
号処理方法。 - 【請求項１０】 被測定物の移動速度が遅いときに、前
記バンドパスフィルターを信号処理回路の可変利得増幅
器の前の位置に挿入することを特徴とする請求項９に記
載の信号処理方法。 - 【請求項１１】 被測定物に光を照射して得られた散乱
光の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報
を検出する為の信号処理方法で、且つ被測定物の移動速
度が遅いときに、被測定物が静止状態のときに得られる
べき受光信号の周波数付近を通過させるバンドパスフィ
ルターを前記信号処理回路内で機能させる信号処理方法
を用い、検出された速度情報に基づいて被測定物を駆動
することを特徴とする駆動方法。 - 【請求項１２】 被測定物に光を照射して得られた散乱
光の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報
を検出する為の信号処理方法で、前記信号処理回路は被
測定物の所定移動距離毎にパルスを発する互いに位相差
を持ち且つ該位相差が被測定物の移動の方向に応じて入
れ替わる１対の周期信号を出力することを特徴とする信
号処理方法。 - 【請求項１３】 該１対の周期信号はＡ相、Ｂ相出力を
成すことを特徴とする請求項１２に記載の信号処理方
法。 - 【請求項１４】 被測定物に光を照射して得られた散乱
光の受光信号を信号処理回路によって処理して速度情報
を検出する為の信号処理方法で、且つ前記信号処理回路
は被測定物の所定移動距離毎にパルスを発する互いに位
相差を持ち且つ該位相差が被測定物の移動の方向に応じ
て入れ替わる１対の周期信号を出力する信号処理方法を
用い、検出された速度情報に基づいて被測定物を駆動す
ることを特徴とする駆動方法。 - 【請求項１５】 光を回折格子で２光束に分離し前記２
光束をレンズ系を用いて交差させて被測定物に照射し、
得られた散乱光の受光信号より速度情報を検出する速度
測定方法で、前記レンズ系を焦点距離の異なる第１及び
第２のレンズ群からなるアフォーカル光学系より構成
し、第２のレンズ群をメニスカスレンズと両凸レンズと
の組合せとしたことを特徴とする速度測定方法。 - 【請求項１６】 光を回折格子で２光束に分離し前記２
光束をレンズ系を用いて交差させて被測定物に照射し、
得られた散乱光の受光信号より速度情報を検出する速度
測定方法で、且つ前記レンズ系を焦点距離の異なる第１
及び第２のレンズ群からなるアフォーカル光学系より構
成し、第２のレンズ群をメニスカスレンズと両凸レンズ
との組合せとした速度測定方法を用い、検出された速度
情報に基づいて被測定物を駆動する駆動手段を設けたこ
とを特徴とする駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7274146A JPH09113523A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | ドップラー速度計及び駆動システム |
| US08/734,542 US5831720A (en) | 1995-10-23 | 1996-10-21 | Velocimeter, signal processing method, and driving system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7274146A JPH09113523A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | ドップラー速度計及び駆動システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09113523A true JPH09113523A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17537671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7274146A Pending JPH09113523A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | ドップラー速度計及び駆動システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5831720A (ja) |
| JP (1) | JPH09113523A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005081032A (ja) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Inax Corp | トイレ設備 |
| WO2018038925A1 (en) * | 2014-02-10 | 2018-03-01 | Wright Kelvin F | Propagation medium velocity measurement system |
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|---|---|---|---|---|
| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
| JP4298093B2 (ja) | 1999-11-10 | 2009-07-15 | キヤノン株式会社 | 光学式回転位置情報検出装置 |
| US6437855B1 (en) | 2000-07-13 | 2002-08-20 | Honeywell International Inc. | Laser doppler velocimeter with high immunity to phase noise |
| US6844537B2 (en) * | 2001-12-31 | 2005-01-18 | Honeywell International Inc. | Method and device for measuring the velocity of a moving surface |
| US7768629B2 (en) * | 2006-05-12 | 2010-08-03 | Voith Patent Gmbh | Device and process for optical distance measurement |
| US7777866B1 (en) | 2006-07-25 | 2010-08-17 | Kyrazis Demos T | Fixed difference, dual beam laser Doppler velocimetry |
| CH698965B1 (de) * | 2006-11-16 | 2009-12-15 | Baumer Electric Ag | Optischer Sensor und Verfahren zum Homogenisieren eines Lichtstrahls. |
| US7640122B2 (en) * | 2007-11-07 | 2009-12-29 | Institut National D'optique | Digital signal processing in optical systems used for ranging applications |
| US10294919B2 (en) | 2013-04-25 | 2019-05-21 | Demos T. Kyrazis | Predictive blade adjustment |
| CN106645777B (zh) * | 2016-11-10 | 2023-10-27 | 华东师范大学 | 一种基于数字微镜的空间滤波测速装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US3915572A (en) * | 1974-02-27 | 1975-10-28 | Nasa | Combined dual scatter, local oscillator laser doppler velocimeter |
| US4167329A (en) * | 1977-12-12 | 1979-09-11 | Raytheon Company | Focussed doppler radar |
| DE2834660A1 (de) * | 1978-08-08 | 1980-02-21 | Honeywell Gmbh | Laser-entfernungsmesser |
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| CA2043048C (en) * | 1990-05-22 | 2000-10-03 | Hidejiro Kadowaki | Information recording apparatus |
| US5696578A (en) * | 1992-05-15 | 1997-12-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Frequency tracking method and apparatus, and Doppler velocity meter using the same |
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| EP0632292B8 (en) * | 1993-06-29 | 2003-12-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Velocimeter and position information detection apparatus |
-
1995
- 1995-10-23 JP JP7274146A patent/JPH09113523A/ja active Pending
-
1996
- 1996-10-21 US US08/734,542 patent/US5831720A/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2018038925A1 (en) * | 2014-02-10 | 2018-03-01 | Wright Kelvin F | Propagation medium velocity measurement system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5831720A (en) | 1998-11-03 |
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