JPH0321882A - 回転速度測定方法 - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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
。

（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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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
。

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
。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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を特徴とする回転速
   度測定方法。