JPH0321882A - Rotating speed measuring method - Google Patents
Rotating speed measuring methodInfo
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- JPH0321882A JPH0321882A JP15713789A JP15713789A JPH0321882A JP H0321882 A JPH0321882 A JP H0321882A JP 15713789 A JP15713789 A JP 15713789A JP 15713789 A JP15713789 A JP 15713789A JP H0321882 A JPH0321882 A JP H0321882A
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- polarized light
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は光を用いて行なう回転速度測定方法に関し、複
写機転写ドラムの回転速度、回転むら、光ティスク,ポ
リゴンミラーのドライブモータにつき、そのワウ・フラ
ツタの測定等に適用しつる回転速度測定方法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for measuring rotational speed using light, and is used to measure the rotational speed and unevenness of copying machine transfer drums, optical disks, and polygon mirror drive motors. This invention relates to a method for measuring the rotational speed of a crane, which is applied to the measurement of wow and flutter.
(従来の技術)
光を用いて行なう回転速度4Iリ定方法としては,レー
ザードップラー法が知られてν)る。レーザードップラ
ー法は運動している粒子によって散乱さ?たレーザー光
がドップラー偏移を受けることを利用したものであり、
この中、差動型(入射光法)は最もよく知られている。(Prior Art) Laser Doppler method is known as a method for determining the rotational speed 4I using light. Laser Doppler method is scattered by moving particles? This method takes advantage of the fact that the laser beam undergoes Doppler shift.
Among these, the differential type (incident light method) is the most well known.
また、回転体の測定法として角速度測定法(特開昭63
− 222267号公報参照)がある。In addition, as a method for measuring rotating bodies, the angular velocity measurement method (Japanese Patent Application Laid-open No. 63
-Refer to Publication No. 222267).
従来例 1
第5図に差動型の光ドップラー速度計の一例を示す。図
において,レーザー光源1から出射された光はハーフミ
ラーHMにより2つの光路に分かれて進む。一つはミラ
ーMl,M2を経て測定対象としての移動物体2に至り
、他の一つはミラーM3を経て同じく移動物体2に至る
.移動物体2は速度Vで矢印の向きに移動しているとす
る。移動物体2に達した上記各光の反射光は光電検出器
3で検出され,その検出信号はアンプ4を経て演算処理
され、移動物体2の速度Vが求まる。Conventional Example 1 Figure 5 shows an example of a differential type optical Doppler velocimeter. In the figure, light emitted from a laser light source 1 is divided into two optical paths by a half mirror HM and travels. One reaches the moving object 2 as the measurement target via mirrors Ml and M2, and the other also reaches the moving object 2 via the mirror M3. It is assumed that the moving object 2 is moving at a speed V in the direction of the arrow. The reflected light of each of the above-mentioned lights reaching the moving object 2 is detected by a photoelectric detector 3, and the detection signal is processed through an amplifier 4 to determine the speed V of the moving object 2.
従来例 2
角速度測定法は、前記公報にて開示の如く、回転体に周
波数ω■の円偏光光源を取り付け、外部に周波数ω2の
円偏光光源を設け,両光束を重畳させる。ここで,回転
体の角速度をω′とすると,周波数ω、はシフトを受け
、ω、+ω′となる。従って、光検出器において光ビー
ト信号ω1−ω2±ω′を検出することにより、ω′が
求まる。Conventional Example 2 In the angular velocity measurement method, as disclosed in the above-mentioned publication, a circularly polarized light source with a frequency ω■ is attached to a rotating body, a circularly polarized light source with a frequency ω2 is provided externally, and both light beams are superimposed. Here, if the angular velocity of the rotating body is ω', the frequency ω is shifted and becomes ω,+ω'. Therefore, ω' can be found by detecting the optical beat signal ω1-ω2±ω' with a photodetector.
(発明が解決しようとする課M)
前記従来例1については,測定対象たる移動物体は2光
束の交点にあることが条件とされ、このため面外方向へ
の振動や変位があると測定が困難であり、粗面物体の速
度を測定する場合はスペックルノイズの影響を受け易く
、また測定手段の配置に制約を受けるとの問題がある。(Problem M to be solved by the invention) In the conventional example 1, the moving object to be measured is required to be at the intersection of two light beams, and therefore, if there is vibration or displacement in an out-of-plane direction, the measurement cannot be performed. It is difficult to measure the velocity of an object with a rough surface, and there are problems in that it is easily affected by speckle noise and there are restrictions on the arrangement of the measuring means.
前記従来例2については、測定対象たる回転体にレーザ
ー光源を取り付けねばならないことからそのスペースを
確保できる大きな物体にしか適用できず、その点で制約
を受ける.また,2種類のレーザーとビートを発生させ
るためには非常に安定したレーザーを用いる必要があり
、こうしたレーザーは一般に高価であり、また小型化し
にくい。Regarding Conventional Example 2, since the laser light source must be attached to the rotating object to be measured, it can only be applied to large objects for which space can be secured, and is limited in this respect. Furthermore, in order to generate two types of lasers and a beat, it is necessary to use a very stable laser, and such lasers are generally expensive and difficult to miniaturize.
本発明は測定手段の配置が容易で外乱に強く、比較的小
さな物体の回転速度まで測定可能な回転速度測定方法を
提供することを目的としている.(課題を解決するため
の手段)
上記目的を達成するために、本発明の回転速度測定方法
においては、左回り及び右回りの円又は楕円偏光を、測
定対象としての回転体の回転面に取り付けた偏光子に入
射させ、このとき生ずる光のビート信号を検出し、この
ビート周波数から回転体の回転速度を求めることとした
。An object of the present invention is to provide a rotational speed measuring method that allows easy arrangement of measuring means, is resistant to external disturbances, and is capable of measuring rotational speeds of relatively small objects. (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the rotational speed measuring method of the present invention, counterclockwise and clockwise circular or elliptically polarized light is attached to the rotating surface of a rotating body as a measuring object. The beat signal of the light generated at this time was detected, and the rotation speed of the rotating body was determined from this beat frequency.
(実 施 例) 本発明による測定方法を具体化した例を第1図に示す。(Example) An example embodying the measuring method according to the present invention is shown in FIG.
図において、測定対象としての回転体10の端面にミラ
ーMを介して偏光子11を取り付ける。In the figure, a polarizer 11 is attached via a mirror M to the end face of a rotating body 10 as a measurement target.
そして、この偏光子11の前方にレーザー光源等(図示
されず)を置き、さらに中間に174波長Fil2、ハ
ーフミラーHMIを順次配置し、ハーフミラーHMIに
よる分岐光路上に光電検出器l3を配置する。まず、互
いに直交した直線偏光を174波長板に入射させる。こ
の1/4波長板12は、結晶の進相軸が各直線偏光と4
5″ をなすように配置されている.l74波長板12
を通過した光束は、右円偏光E8と左円偏光E2となる
。この光束は、円偏光における偏波面内で回転している
回転体lOに取り付けられた偏光子11に入射する。偏
光子により左右円偏光は、同一方向に振動する直線偏光
LR,L[.に変換され、偏光子11の裏面に設けられ
たミラーMにより反射される。A laser light source or the like (not shown) is placed in front of the polarizer 11, and a 174-wavelength Fil2 and a half mirror HMI are sequentially placed in the middle, and a photoelectric detector 13 is placed on the optical path branched by the half mirror HMI. . First, linearly polarized light beams orthogonal to each other are made incident on a 174-wave plate. This 1/4 wavelength plate 12 has a fast axis of crystal that is 4 times different from each linearly polarized light.
174 wavelength plate 12
The light flux that has passed becomes right-handed circularly polarized light E8 and left-handed circularly polarized light E2. This light flux is incident on a polarizer 11 attached to a rotating body 10 rotating within the polarization plane of circularly polarized light. A polarizer converts left and right circularly polarized light into linearly polarized light LR, L[. and is reflected by a mirror M provided on the back surface of the polarizer 11.
上記反射された光束は、偏光子1lより何らの変換も受
けず、光路中に置かれたハーフミラーHM1を介して光
電検出器13に導がれる。ここで、例えば偏光子1lが
静止している場合には左右円偏光が偏光子l1を通過す
ることにより可干渉となり、ある一定の強度を示す。ま
た、例えば偏光子11が角速度ω.で回転している場合
には,左右円偏光に周波数シフトが生じ,光ビート信号
が検出される。このことをJones Matrixを
用いて説明すると以下のようになる。The reflected light flux is guided to the photoelectric detector 13 via the half mirror HM1 placed in the optical path without undergoing any conversion by the polarizer 1l. Here, for example, when the polarizer 11 is stationary, left and right circularly polarized light passes through the polarizer 11 and becomes coherent and exhibits a certain intensity. Further, for example, when the polarizer 11 has an angular velocity ω. When the beam rotates at 200 degrees, a frequency shift occurs in the left and right circularly polarized light, and an optical beat signal is detected. This can be explained using Jones Matrix as follows.
右円偏光ERと左円偏光E.を数式で表すと、となり、
角速度ω,で回転する偏光子は,と表せる。回転する偏
光子に左右円偏光が入射されると式(1).(2)は式
(3)の作用を受けてとなる。但し、Eoは振幅とする
。Right-handed circularly polarized light ER and left-handed circularly polarized light E. Expressed mathematically, it becomes,
A polarizer rotating with an angular velocity ω can be expressed as When left and right circularly polarized light is incident on a rotating polarizer, equation (1). (2) is obtained by the action of equation (3). However, Eo is the amplitude.
ここで、式(4),式(5)の各円偏光が干渉したとき
の光強度は、I=lE1 +E,l”を計算すれば求ま
り、I=I。( 1 +sin(2 ωtt)i とな
る.但し、■。はE1であり、光強度工の直流或分であ
る。よって、光強度Iの時間変化を測定することにより
I,Ioの絶対値によらず回転速度ω,,が求まる。Here, the light intensity when each of the circularly polarized lights in equations (4) and (5) interfere can be found by calculating I=lE1 +E,l'', and I=I.( 1 +sin(2 ωtt)i However, ■ is E1, which is the direct current of the light intensity.Therefore, by measuring the time change of the light intensity I, the rotational speed ω,, is determined regardless of the absolute values of I and Io. Seek.
上式は、干渉光が回転の角速度の2倍の周波数で強度変
調され、光ビート信号が発生することを示している。こ
れは、偏光子の回転により、左右円偏光に±ω.の周波
数シフトが生じ、干渉により両光束の周波数差に対応し
た2ω,,のビート信号が生じることを意味している。The above equation indicates that the interference light is intensity-modulated at a frequency twice the angular velocity of rotation, and an optical beat signal is generated. Due to the rotation of the polarizer, the left and right circularly polarized light is ±ω. This means that a frequency shift of 2ω occurs, and a beat signal of 2ω corresponding to the frequency difference between the two light beams is generated due to interference.
つまり、互いの周波数差のみが光ビート信号を発生させ
るため、レーザー光の発振波長が変化してもその影響は
除去される。従って、発生するビート周波数を検出する
ことにより,物体の回転速度が求められる。In other words, since only the mutual frequency difference generates an optical beat signal, even if the oscillation wavelength of the laser beam changes, its influence is removed. Therefore, by detecting the generated beat frequency, the rotational speed of the object can be determined.
また、両光束は全く同じ光路を通るため、途中の光学系
の位相変化等の影響も受けず、安定した信号が得られる
。Furthermore, since both light beams pass through the same optical path, they are not affected by phase changes in the optical system along the way, and a stable signal can be obtained.
第1図に示した如き直線偏光を有する光源としては既に
横ゼーマン型レーザーとして市販されている。しかし、
一般にこのようなレーザーは高価であるため、単一の直
線偏光のみを発振する安価なレーザーを用いても同等の
効果を得ることができる。その場合の構成例を第2図に
示す。A light source having linearly polarized light as shown in FIG. 1 is already commercially available as a transverse Zeeman laser. but,
Since such lasers are generally expensive, the same effect can be obtained by using an inexpensive laser that emits only a single linearly polarized light. An example of the configuration in that case is shown in FIG.
図において、符号l4は偏光ビームスプリツタ,符号1
5はl/2波長板をそれぞれ示す.ここで、1/2波長
板l5は偏光ビームスプリッタ14により分離される光
量比が等しくなるように,光源から到来する直線偏光の
振動方向を回転させるためのものである。光量比を等し
くすることにより、発生するビート信号S/Nを大きく
とることができる。In the figure, symbol l4 is a polarizing beam splitter, symbol 1
5 indicates a l/2 wavelength plate. Here, the 1/2 wavelength plate l5 is for rotating the vibration direction of the linearly polarized light coming from the light source so that the ratio of light amounts separated by the polarizing beam splitter 14 becomes equal. By making the light quantity ratio equal, the generated beat signal S/N can be increased.
また、上記偏光ビームスプリツタl4に代えて、サバー
ル板やウォラストンプリズム等の複屈折性偏光素子を用
いても、互いに直交した直線偏光を得ることができる。Moreover, mutually orthogonal linearly polarized lights can be obtained by using a birefringent polarizing element such as a Savard plate or a Wollaston prism in place of the polarizing beam splitter l4.
次に、第3図に示すように、回転体10に取り付ける偏
光子11を回転体lOよりも大きくして1/4波長板1
2の対向位置に偏光子l1を介して光電検出器13を配
置することにより、第1図、第2図の例で用いられた光
束を折り返すためのミラーMや光電検出器13へ導くた
めのハーフミラーHMIを用いることなく光ビート信号
を検出できる.この例によれば部品点数が減少し、また
光学系の調整も非常に容易である。Next, as shown in FIG. 3, the polarizer 11 attached to the rotating body 10 is made larger than the rotating body 10,
By arranging the photoelectric detector 13 at a position opposite to the mirror M via the polarizer l1, the light flux used in the examples of FIGS. Optical beat signals can be detected without using a half mirror HMI. According to this example, the number of parts is reduced and adjustment of the optical system is also very easy.
第4図に示す例では、第2図の例と同様に,直交した直
線偏光を偏光ビームスプリツタl6により得るようにし
ており,直交した偏光に分離後、それらを重ね合わせる
ことなく、174波長板12によリ左右円偏光に変換し
、回転する偏光子に入射さt’:.反射光をレンズ17
により集光させて干渉させるようにしたものである。こ
の例で、偏光ビームスプリッタ16により分離された2
光束は空間的には近接しており、また同一の光学素子を
通過するために,やはり安定した信号を得ることができ
る。In the example shown in Fig. 4, as in the example shown in Fig. 2, orthogonal linearly polarized light is obtained by the polarizing beam splitter l6, and after separating into orthogonal polarized light, the 174 wavelengths are not superimposed. The plate 12 converts the light into left and right circularly polarized light, and the light is incident on a rotating polarizer t':. Lens 17 for reflected light
It is designed to condense light and cause interference. In this example, the two
Since the light beams are spatially close to each other and pass through the same optical element, it is possible to obtain a stable signal.
なお、左右円偏光を得ることのできる光源として外部共
振型LDがあり、こうした素子を用いることにより、全
体の構或を小型化することも可能である。Note that an external resonance type LD is available as a light source that can obtain left-right circularly polarized light, and by using such an element, it is also possible to downsize the entire structure.
(発明の効果)
回転体に取り付けられる偏光子は、光束を反射または透
過させるだけの大きさを有していればよく、細かい光束
を用いるならば充分に小さくすることができるので、小
さな回転体に対しても回転に影響を与えずに測定できる
。(Effect of the invention) The polarizer attached to the rotating body only needs to be large enough to reflect or transmit the light beam, and if a fine light beam is used, it can be made sufficiently small. It can also be measured without affecting rotation.
また、信号の検出は、正反射光または透過光を直接検出
するため、信号強度が高く取れ、スペックルノイズも発
生しないため、S/Nの高い測定を行なうことができる
。Furthermore, since the signal is detected directly by specularly reflected light or transmitted light, the signal strength can be high and speckle noise does not occur, so measurements with a high S/N ratio can be performed.
また、光学系はコモンパス光学系とすることができるの
で、外乱の影響を受けず、安定した測定ができる。回転
物体の面外への変位、振動に対しても影響を受けない。Further, since the optical system can be a common path optical system, stable measurement can be performed without being affected by external disturbances. It is not affected by out-of-plane displacement or vibration of rotating objects.
さらに、左右円偏光の周波数差を計測しているために、
光源の波長変動によらず測定ができる。Furthermore, since we are measuring the frequency difference between left and right circularly polarized light,
Measurement can be performed regardless of wavelength fluctuations of the light source.
第l図乃至第4図は本発明の実施例を説明した図、第5
図は従来技術の説明図である。
10・・・回転体、l1・・・偏光子。
−548−FIGS. 1 to 4 are diagrams explaining embodiments of the present invention, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of the prior art. 10...Rotating body, l1...Polarizer. -548-
Claims (1)
の回転体の回転面に取り付けた偏光子に入射させ、この
とき生ずる光のビート信号を検出し、このビート周波数
から回転体の回転速度を求めることを特徴とする回転速
度測定方法。Counterclockwise and clockwise circular or elliptically polarized light is incident on a polarizer attached to the rotating surface of a rotating body to be measured, the beat signal of the light generated at this time is detected, and the rotational speed of the rotating body is determined from this beat frequency. A rotational speed measurement method characterized by determining .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157137A JP2723977B2 (en) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | Rotation speed measurement method |
| US07/540,125 US5157460A (en) | 1989-06-20 | 1990-06-19 | Method and apparatus for measuring rotary speed using polarized light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157137A JP2723977B2 (en) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | Rotation speed measurement method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321882A true JPH0321882A (en) | 1991-01-30 |
| JP2723977B2 JP2723977B2 (en) | 1998-03-09 |
Family
ID=15643009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157137A Expired - Fee Related JP2723977B2 (en) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | Rotation speed measurement method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723977B2 (en) |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP1157137A patent/JP2723977B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2723977B2 (en) | 1998-03-09 |
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