JPH03229155A - レーザードップラー速度計 - 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】 〔技術分野〕 本発明は移動する物体や流体の速度を非接触に検出する
速度計、特にレーザー光の周波数の偏移を検知して速度
を検出するレーザードツプラー速度計に関する。

〔従来技術〕

従来から、物体や流体の移動速度を非接触、且つ高精度
に測定する装置として、レーザードツプラー速度計が使
用されている。レーザードツプラー速度計とは、移動す
る物体や流体にレーザー光を照射し、該移動物体もしく
は移動流体による散乱光の周波数が、移動速度に比例し
て偏移（シフト）する効果（ドツプラー効果）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
る装置である。

従来のレーザードツプラー速度計の一例を第１図に示す
。

１はレーザー　２はコリメーターレンズ、３は平行光束
、４はビームスプリッタ−６及び６′は反射鏡、７は速
度Ｖで矢印方向に移動している物体もしくは流体、８は
集光レンズ、９は光検出器である。

レーザー１から出射されたレーザー光は、コリメーター
レンズ２によって平行光束３となり、ビームスプリッタ
−４によって三光束５及び５′に分割されて反射鏡６及
び６′で反射された後、速度■で移動している物体もし
くは流体７に入射角θで三光束照射される。物体もしく
は流体７による散乱光は、集光レンズ８を介して光検出
器９で検出される。三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＋Δｆ、−Δｆドツプラーシフ
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）式で表わすことができる。

Δｆ＝Ｖｓｉｎθ／λ　　　　　　　・（１）＋Δｆ、
−Δｆのドツプラーシフトを受けた散乱光は、互いに干
渉し合って光検出器９の受光面での明暗の変化をもたら
し、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられる。

Ｆ＝２Δ　ｆ＝２Ｖｓｉｎ　θ／λ　　　−（２）従っ
て、光検出器９の出力信号の周波数（以下、ドツプラー
周波数と呼ぶ）を測定すれば、（２）式に基づいて移動
物体もしくは移動流体７の移動速度Ｖを求めることがで
きる。

レーザードツプラー速度計の小型化を図るためには、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー等のガスレーザーを光源として用いる
よりもレーザーダイオードのような半導体レーザーを用
いる方が有利である。しかしながら、半導体レーザーは
ガスレーザーのように発振波長が安定しておらず、温度
に依存して発振波長が変化する。上記（２）式から明ら
かなように、ドツプラー周波数Ｆはレーザー光の波長λ
に依存するので、レーザー光の波長が変動すると移動物
体や移動流体の速度を正確に検出することができない。

第２図は市販のレーザーダイオードの発振波長の温度依
存性を示すグラフ図（１９８７年三菱半導体データブッ
ク−光半導体素子編から引用）である。同図において、
波長が連続的に変化している部分は、主としてレーザー
ダイオードの活性層の屈折率の温度変化により生じてい
る部分であり、その割合はＯ，’０５〜０．０６ｎｍ／
’Ｃである。一方、波長が不連続に変化している部分は
、縦モードホッピングと呼ばれる現象に起因するもので
、０．２〜０．３ｎｍ／’Ｃという大きな割合で変化す
る。

このように、レーザーダイオードの発振波長は極めて不
安定なものであり、この種のレーザーをレーザードツプ
ラー速度計の光源として使用する場合、周知のヒーター
、放熱器、温度センサー等を備えた温度制御ユニットを
レーザーダイオードと共に取り付ける必要がある。しか
しながら、これらの温度制御ユニットを取り付けると、
温度計が大きくなり、価格も上がるので好ましくない。

更に、前述の縦モードホッピングは温度変動以外の他の
要因でも生じる現象であり、仮に温度制御ユニットを取
り付けても、レーザーダイオードの発振波長の変動を完
全に抑えることはできない。

〔発明の概要〕

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり
、レーザー光の発振波長が変化しても移動物体や移動流
体の速度を正確に検出することが可能で、しかも小型の
レーザードツプラー速度計を提供することを目的として
いる。

この目的を達成するために、本発明のレーザードツプラ
ー速度計は、レーザー光を所定の入射角で移動物体若し
くは移動流体に入射させ、該移動物体若しくは移動流体
からの散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体若し
くは移動流体の速度変化を検出する速度計において、レ
ーザーから射出したレーザー光を反射回折せしめて、第
１と第２の回折光を形成する回折格子と、該第１と第２
の回折光を該回折光が回折格子から射出した時の互いに
成す角とほぼ同じ交差角で該移動物体若しくは移動流体
に入射量せしめる光学系と、該光学系により該第１と第
２の回折光で照明された該移動物体若しくは移動流体か
らの反射散乱光を受光する受光手段とを有し、該レーサ
ーと該受光手段の少なくとも一方を、該第１と第２の回
折光の各々の光路を含む入射平面から外れた場所に設け
ることを特徴としている。

本発明によれば、このような構成を有するので、レーザ
ー光の波長λの変動に追従して移動物体若しくは移動流
体に対するレーザー光の入射角θを変化せしめ、これに
より上記（２）式が示すｓｉｎθ／λの値をほぼ一定に
する。即ち、レーザー光の波長変動に依らず常に正確に
移動物体や移動流体の速度を検出することができる。従
って、レーザーダイオードなどの発振波長が不安定な小
型のレーザーダイオード（半導体レーザー）を光源とし
て使用でき、従来にない小型のレーサードツプラー速度
計を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、レーザーと受光手段の少なくと
も一方を、第１と第２の回折光の各々の光路を含む入射
平面から外れた場所に設けているので、速度計を小型な
ものにできる。特に回折格子からの反射回折を利用し、
受光手段で移動物体や移動流体からの反射散乱光を受光
するような場合に、回折格子を移動物体や移動流体に近
づけて設けることができるので、有効である。

本発明の更なる特徴や具体的な形態は以下に示す各実施
例から明らかになる。

〔実施例〕

第３図及び第４図は本発明のレーザードツプラー速度計
による速度検出原理を説明するための説明図である。

第３図は格子ピッチｄなる透過型回折格子１゜に波長λ
のレーザー光Ｉを格子配列方向ｔに垂直な方向から入射
させた時の回折状態を示し、回折格子１０で生じる各次
数の回折光の回折角θは次式て示すことがてきる。

ｓｉｎθ＝：ｍλ／ｄ　　　　　　−（３）（ｍ＝ｏ、
１．２．・・・） 従って、回折格子１０で生じる０次回先光（ｍＯ）以外
の六〇次回折光の各回折角をθ、とすると、 ｓｉｎ　θ、＝±ｎ　λ／ｄ　　　　　　　　・（４）
（ｎ＝１．　２・・・） なる式て表わされることになる。（４）式から明らかな
ように、±ｎｎ次回先光回折角θ７は入射レーザー光Ｉ
の波長λに依存し、波長λの変化に応じて回折格子１０
からの±ｎｎ次回先光射出角が変化する。

第４図は第３図の回折格子１０を光学系中に組込んだレ
ーサードツプラー速度計を示す。第４図において、回折
格子１０を除く他の部材は第１図の従来例に示しである
ものと同じであり、第１図と同じ符号を付しである。従
って、ここでは説明を省略する。

第４図に示す光学系では、光学系に固定された回折格子
１０から射出する±ｎｎ次回先光４１４２を各々互いに
反射面が平行なミラー６．６′で反射し、±ｎｎ次回先
光各回折角±θ。と同じ入射角θ。で被検物体７のほぼ
同一地点に入射させている。尚、ミラー６．６′の反射
面は各々回折格子１０の格子配列方向と被検物体７の移
動方向に直交する面内にある。

この時、光検出器９からの出力信号に対応するドツプラ
ー周波数Ｆは、前記（２）式及び（４）式に基づいて次
の（５）式で表わすことができる。

Ｆ＝　　　２Ｖｓｉｎ　　θ。／λ　　　　　−（５）
２　　ｎ　Ｖ　／　ｄ 即ち、ドツプラー周波数Ｆはレーザー光の波長λに依存
せず、回折格子１０の格子ピッチｄに反比例し、回折光
の次数ｎと被検物体７の移動速度Ｖに比例することにな
る。回折格子１０のピッチｄは十分に安定しているので
、ドツプラー周波数Ｆはレーザー光の波長には無関係に
、被検物体７の速度Ｖのみに依存する。従って、光検出
器９は、不図示のレーザーの発振波長が変化しても、被
検物体７の速度Ｖに正確に対応した信号を出力する。

以上述べた検出原理を用いたレーザードツプラー速度計
の一例を第５図で説明する。

第５図において、第１図及び第４図に示す要素と同じ要
素には、これらのものと同一符号が付してあり、また、
これらの要素に関する説明も省略する。

ここでは、レーザー１として、波長λ＝０．７８μｍの
レーザー光を放射するレーサーダイオードを使用してお
り、装置の小型化を図っている。

レーザー１としてはシングルモードレーサー、マルチモ
ードレーザーのいずれであっても良い。また、回折格子
１０は格子ピッチｄ＝１．６μｍの反射型の回折格子で
あり、ガラス基板等の基板面にＡＩ；！　Ａｕ等の反射
膜を周期的に形成したり、或いはガラス基板の基板面に
溝を周期的に形成し、溝面に前述の反射膜を施したりし
たものである。このように回折格子１０としては、振幅
型或いは位相型（レリーフ型）など様々な形態の回折格
子が使用できる。

レーザーダイオード１からのレーサー光はコリメーター
レンズ２によって直径的２ｍｍφの平行光束３となり、
固定された反射型回折格子１０にこの回折格子１０の格
子配列方向ｔに垂直な方向から入射する。回折格子１０
で生じた±１次の反射回折光６１．６２は回折角θ１夕
２９°で回折格子１０から出射し、格子配列方向ｔに垂
直に配置したミラー６．６′により被検物体７に各々入
射角θ１で斜入射する。各回折光６１．６２は被検物体
７上に約２ｍｍφの光スポットを形成し、各々の光スポ
ットは被検物体７上で重ね合わせられる。光検出器９は
０．８ｍｍφの受光部９ａを有し、集光レンズ８は２本
の回折光６１．６２が形成する光スポットの中央部０．
８ｍｍφの領域を受光部９ａに等倍に結像する。従って
、光検出器９は各回折光６１．６２により生じた反射散
乱光が互いに干渉した干渉光を受光部９ａで効率良く受
光し、光電変換する。そして、光検出器９は前記（５）
式においてｎ＝１を代入したＦ＝２Ｖ／ｄなる波長λに
よらないドツプラー周波数Ｆに応じた信号を出力する。

ここで、第６図（ａ）に示すように、２つの回折光６１
．６２が被検物体７上で完全に重なる場合の回折格子１
０と被検物体７との距離りは、ミラー６．６′の距離を
ｌとすると、 ｈ＝１！、／丁７：７Ｔ７フ’Ｔ　　　　　　・・・　
（６）となる。従ってｆ＝３０ｍｍの場合、レーザー光
の波長λ＝０．７８μｍ、格子ピッチｄ＝１．６μｍだ
から、ｈ＝５３．７ｍｍとなる。因みに、レーザーダイ
オード１の発振周波数は１％変化（レーザーダイオード
１の温度で約３０℃変化）したとすると、２つの回折光
６１．６２の光スポットは周波数が長波長側に変化した
場合には第６図（ｂ）に示すようになり、周波数が短波
長側に変化した場合には、第６図（Ｃ）に示すようにな
る。第６図（ｂ）、（ｃ）では２つの光スポットは約０
．８ｍｍずれる。

第６図（ｂ）、（ｃ）に示すいずれの場合も、光検出器
９が、２つの回折光６１．６２により生じる散乱光を同
時に受光するから、光検出器９からは、ドツプラー周波
数Ｆに対応する信号が出力される。

本発明は、第５図で示したようなレーザードツブラー速
度計に更に改良を加えたものであり、速度計を更に小型
化にすることが可能になる。そして、第６図（ｂ）、（
ｃ）で示したような、２つの光スポツト間のずれを小さ
く抑えることができるものである。以下、本発明の実施
例を詳述する。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施例を示す概
略図であり、第７図（Ａ）は正面図、第７図（Ｂ）は側
面図である。第７図（Ａ）、（Ｂ）において、第５図で
示した要素と同じ要素には第５図のものと同一の符号が
付しである。第５図に示した速度計と本実施例の速度計
とを比較すると理解できるように、本実施例の速度計の
構成要素は第５図の速度計と全（同じである。本実施例
の速度計の改良点は、レーザーダイオード１、コリメー
ターレンズ２、そして反射型回折格子１０の配置を変え
た点にある。尚、第７図（Ａ）では、レーサーダイオー
ド１とコリメーターレンズ２の図示を、第７図（Ｂ）で
は、ミラー６．６′の図示を省略している。

本実施例の特徴となる構成は第７図（Ｂ）の側面図に表
われている。第７図（Ｂ）に示す通り、本実施例では、
±１次回折光６１．６２の各々の光路を含む入射平面（
第７図（Ａ）の紙面に相当する。）から外れた場所に、
レーザーダイオード１とコリメーターレンズ２とを配置
している。そして、回折格子１０を、この入射平面（Ｚ
−Ｘ平面）と被検物体７の移動方向（Ｘ方向）の双方に
直交する平面（ｚ−Ｘ平面）内で傾けている。

本実施例では、回折格子１０の格子線（格子配列方向ｔ
と直交する溝などに相当する線）の方向が被検物体の移
動方向と直交する方向（Ｘ方向）と角度αを成すように
、回折格子１０を傾けており、ここでは、α＝１５°に
設定している。

一方、レーサーダイオード１とコリメーターレンズ２と
を含む照明系の光軸ＡＸは、被検物体７に垂直な軸（２
方向）に対して角度Ｗを成すように設定しである。この
角度Ｗは、回折格子１０が傾いている平面（Ｚ−Ｙ平面
）と同じ面内に関して与えられている。ここではＷ＝２
８．０６°に設定されている。

ここで、第８図に示すように、格子配列方向ｔと格子線
ｇが延びる方向Ｓとで形成される格子面（ｔ−３平面）
の垂線Ｕに対して角度θてレーサー光が入射する時、±
１次回折光６１．６２の光路を含む平面が垂線Ｕに成し
て成す角はα±１次回折光６１．６２が互いに成す角の
２等分角（回折角）はθ１であり、 ｄｓｉｎθ　＝λ （ｄ・回折格子のピッチ、λ　波長） ｓｉｎθ＝Ｃ０Ｓθ、　％　ｓ　ｉ　ｎ　αなる関係を
満たす。

本実施例ではα＝１５°、Ｗ＝２８．０６’θ−Ｗ−α
であるから、±１次回折光６１．６２の回折角θ１；２
９°となり、また、±１次回折光６１．６２の光路を含
む入射平面は、被検物体の表面に対して垂直な、Ｚ−Ｘ
平面と平行な平面となる。

従って、本実施例においても、固定された回折格子１０
て生じた１１次の反射回折光６１．６２６２が回折角θ
、ｚ２９°で回折格子１０から出射し、被検物体７の移
動方向Ｘに垂直に、その反射面を設置したミラー６．６
′で反射され、被検物体７に各々入射角θ１で斜入射す
る。各回折光６１．６２は被検物体７上に約２ｍｍφの
光スポットを形成し、各々の光スポットは被検物体７上
で重ね合わせられる。光検出器９は０．８ｍｍφの受光
部９ａを有し、集光レンズ８は２本の回折光６１．６２
が形成する光スポットの中央部０．８ｍｍφの領域を受
光部９ａに等倍に結像する。従って、光検出器９は各回
折光６１．６２により生じた反射散乱光が互いに干渉し
た干渉光を受光部９ａて効率良く受光し、光電変換する
。そして、光検出器９は前記（５）式においてｎ＝１を
代入したＦ、＝２Ｖ／ｄなる、波長λによらない　ドツ
プラー周波数Ｆに応じた信号を出力する。

第５図で示した速度計では、被検物体７と回折格子１０
の距離がｈ＝５３．７ｍｍであったが、本実施例の速度
計では、レーザーダイオード１とコリメーターレンズ２
を含む照明系証明計を±１次回折光６１．６２の光路を
含む入射平面がら外れた場所に設けている為、被検物体
７と回折格子１０の距離をｈ：＝３２ｍｍ程度に短くで
きる。また、このように構成した時、レーザーダイオー
ド１の発振周波数が１％変化した場合の回折光６１．６
２による各光スポットのずれは０．　５ｍｍとなる。即
ち、第５図で示した速度計よりも、光スポットのずれも
小さくなる。

従って、本実施例の速度計は、コンパクトで、しかも検
出感度が高い速度計となっている。

第９図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例を示す概略
図であり、第９図（Ａ）が正面図、第９図（Ｂ）が側面
図である。第９図（Ａ）、（Ｂ）において、第５図、第
７図（Ａ）、（Ｂ）で示した要素と同じ要素には第５図
、第７図（Ａ）。

（Ｂ）のものと同一の符号が符しである。第５図に示し
た速度計と本実施例の速度計とを比較すると理解できる
ように、本実施例の速度計の構成も第５図の速度計と全
く同じである。そして、本実施例の速度計の改良点も、
レーザーダイオード１、コリメーターレンズ２．そして
反射型回折格子１０の配置を変えた点にある。また、第
７図（Ａ）、（Ｂ）で示した速度計では光検出器９の上
方に回折格子１０を斜設していたのに対し、本実施例の
速度計は光検出器の隣りに回折格子１０を被検物体７の
表面に対して水平に設けている。

尚、第９図（Ａ）ではレーザーダイオード１とコリメー
ターレンズ２の図示を、第９図（Ｂ）ではミラー６．６
′の図示を省略しているが、第９図（Ｂ）に符号１１で
示しているのは不図示のミラー６’　　（６）による回
折光６１（６２）の反射点である。

本実施例では、回折格子１ｏを光検出器９とほぼ同じ高
さの位置に設けている。前述した通り回折格子１０は被
検物体７の表面にほぼ水平に設けられており、回折格子
１０の格子配列方向ｔは被検物体７の移動方向Ｘと一致
している。

レーザーダイオードｌとコリメーターレンズ２を含む照
明系証明計の光軸ＡＸは、回折格子１゜の格子線に対し
て、Ｘ−Ｙ平面に関して所定角度（θ＞ｎいており、レ
ーザーダイオード１がら射出したレーザー光はコリメー
タレンズ２で平行光束に変換された後、固定された回折
格子１ｏに斜め入射する。従って、回折格子１０で生じ
る±１次反射回折光６１．６２が射出する方向は、２−
Ｙ平面に関して、回折格子１ｏの格子線と前記角度（θ
）を成す方向になり、これら±１次回折光６１．６２の
光路を含む入射平面は、回折格子１０と被検物体７の表
面に対して傾く。また、本実施例でも回折格子１０の格
子ピッチｄ＝１．６μｍ、レーザー光の波長人＝０．７
８μｍであるから、回折格子１０から射出する±１次回
折光６１．６２の回折角は、ｚ−Ｘ平面に関して、θ、
；２９°となる。

回折格子１０から射出した反射回折光６１゜６２は、各
々、格子配列方向ｔに垂直に、その反射面を設置したミ
ラー６．６′で反射され、Ｚ−Ｘ平面に関して角度θ１
で、Ｚ−Ｙ平面に関して角度θで、被検物体７上に斜入
射する。各回折光６１．６２は被検物体７上に数ｍｍφ
の光スポットを形成し、各々の光スポットは被検物体７
上で重ね合わせられる。光検出器９は０．８ｍｍφの受
光部９ａを有し、集光レンズ８は２本の回折光６１．６
２が形成する光スポットが互いに重なり有った領域を光
検出器９の受光部９ａに等倍に結像する。従って、光検
出器９は各回折光６１．６２により生じた反射散乱光が
互いに干渉した干渉光を受光部９ａで効率良く受講し、
光電変換する。そして、光検出器９は前記（５）式にお
いてｎ＝１を代入したＦ＝２Ｖ／ｄなる、波長λによら
ない、ドツプラー周波数Ｆに応じた信号を出力する。

本実施例では、回折光６１．６２の各々の光路を含む入
射平面から外れた場所に、レーザーダイオード１とコリ
メーターレンズ２を含む照明系と、集光レンズ８と光検
出器９を含む検出系の双方を配置している為、第７図（
Ａ）、（Ｂ）で示した速度計よりも更にコンパクトな速
度計となる。例えば、本実施例の速度計ては、回折格子
１０と被検物棉７の、回折光６１．６２の各々の光路を
含む入射平面に沿った距離を、ｈ’＝２３ｍｍ程度にす
ることが可能であり、回折格子１０と被検物体７の間隔
は２０ｍｍ以下に抑えることができる。また、本実施例
の速度計ては、レーザーダイオード１の発振周波数が１
％変化した場合の回折光６１．６２による各光スポット
のずれは０．３５ｍｍ程度までに抑えることができる。

第１０図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第３実施例を示す概
略図であり、第１０図（Ａ）が正面図、第１０図（Ｂ）
が側面図である。第１０図（Ａ）。

（Ｂ）において、第５図、第７図（Ａ）、（Ｂ）及び第
９図（Ａ）、（Ｂ）で示しｔ−要素と同じ要素には、第
５図、第７図（Ａ）、（Ｂ）及び第９図（Ａ）、（Ｂ）
とものと同一の符号が符しである。また、第１０図（Ａ
）、（Ｂ）において、符号１２で示されるのは両面ミラ
ーである。

本実施例の速度計の、第５図の速度計に対する改良点は
、両面ミラー１２を用い、レーザーダイオード１．コリ
メーターレンズ２．集光レンズ８及び光検出器９を、被
検物体７の表面及び回折格子１０に対して水平に配列し
た点である。

本実施例では、回折格子１０の格子配列方向ｔと被検物
体７の移動方向Ｘとが一致しており、以下述べる通り、
回折光６１．６２の各々の光路を含む入射平面は、これ
らの方向ｔ、ｘと平行である。そして、この入射平面は
被検物体７の表面に垂直である。

両面ミラー１２は、ガラス基板の両面にＡｆ等の反射膜
を蒸着したり、或いは金属板で構成される。両面ミラー
１２は、被検物体７と回折格子１０の間に、Ｚ−Ｙ平面
に関して、両面に形成した反射面が被検物体７の表面に
対して４５°を成すように斜設される。レーザーダイオ
ード１とコリメーターレンズ２を含む照明系は、両面ミ
ラー１２の上側の反射面にレーザー光を向けるように設
けられ、この照明系の光軸ＡＸは回折格子１０の格子線
と平行に設定される。一方、集光レンズ８と光検出器９
を含む検出系は、両面ミラー１２の下側の反射面で反射
した光を受けるように設けられ、この検出系の光軸は照
明系の光軸ＡＸと平行に設定される。尚、照明系の光軸
ＡＸは両面ミラー１２の反射面で直角に折り曲げられて
、回折格子１０に対して垂直と交わり、検出系の光軸も
両面ミラー１２の反射面で直角に折り曲げられて、被検
物体７の表面と垂直に交わる。

このような構成において、レーザーダイオードｌからの
レーザー光はコリメータレンズ２により平行光束に変換
され、両面ミラー１２の反射面に入射する。両面ミラー
１２の反射面で反射されたレーザー光は、固定された回
折格子１０に垂直入射し、回折格子１０で反射回折され
る。回折格子１０で生じた反射回折光のうちの±１次反
射回折光６１．６２は、前記各実施例同様、回折角θ１
；２９°で回折格子１０から射出し、各々ミラー６．６
′に向かう。ここで、両面ミラー１２は回折格子１０で
生じた±１次回折光６１．６２の各々の光路を遮らない
ように、その寸法と配置が決められている。また、ミラ
ー６．６′の各々の反射面は、回折格子の格子配列方向
を及び被検物体７の移動方向Ｘと直交する面内にある。

回折光６１．６２は、各々、ミラー６．６′で反射せし
められ、各々入射角θ１で被検物体７に斜入射する。各
回折光６１．６２は被検物体７上に約２ｍｍφの光スポ
ットを形成し、各々の光スポットは被検物体７上で重ね
合わせられる。光検出器９は０．８ｍｍφの受光部９ａ
を有し、集光レンズ８は、両面ミラー１２と共に２本の
回折光６１．６２が形成する光スポットの中央部０．８
ｍｍφの領域を受光部９ａに等倍に結像する。

従って、光検出器９は、各回折光６１．６２により生じ
た反射散乱光が互いに干渉した干渉光を、両面ミラー１
２を介して、受光部９ａで効率良く受光し、光電変換す
る。そして、光検出器９は前記（５）式においてｎ＝１
を代入したＦ＝２Ｖ／ｄなる波長λによらないドツプラ
ー周波数Ｆに応じた信号を出力する。

本実施例では、回折格子１０と被検物体７の間に両面ミ
ラー１２を斜設し、回折光６１．６２の各々の光路を含
む入射平面からレーザーダイオード１．コリメータレン
ズ２．集光レンズ８．光検出器７を外して、回折格子１
０と被検物体７の表面にほぼ平行に配列した為、第９図
（Ａ）、（Ｂ）で示した実施例同様、第７図（Ａ）、（
Ｂ）で示した速度計よりも更にコンパクトな速度計にな
る。本実施例の構成によれば、回折格子１０と被検物体
の距離をｈ＝２０ｍｍ程度にすることが可能で、レーザ
ーダイオード１の発振周波数が１％変化した場合の回折
光６１．６２による各光スポットのずれは、０．３０ｍ
ｍ程度に抑えることができる。

以上示した本発明の第１乃至第３実施例では、被検物体
７を照明する一対の回折光として、±１次反射回折光を
用いていたが、±２次や±３次の回折光などの正負同次
数の回折光の任意の対を照明に使用できる。また、次数
が異なる回折光同志の対を使用することも可能である。

また、第１乃至第３実施例では、回・折格子１０の格子
配列方向ｔが被検物体７の移動方向Ｘと一致しているが
、格子配列方向ｔをＺ−Ｘ平面即ち、一対の回折光の光
路を含む入射平面に関して、移動方向Ｘと所定角度を成
すように回折格子１０を傾けることもできる。また、回
折格子１０を、このように傾ける代りに、照明系（１，
２）からの平行光束を、この入射平面に関して、回折格
子１０に斜入射させることもできる。いずれの構成でも
、一対の回折光が回折格子１０から射出した時の互いの
成す角とほぼ同じ交差角で被検物体７のほぼ同一箇所に
入射させるようにすれば、レーザー光の波長変動に依ら
ない、正確な速度検出が可能になる。

第１１図は、本発明のレーザードツプラー速度計を、フ
ァクシミリの紙送り制御に使用した例を示す概略図であ
る。

第１１図において、符号１３で示されるのが本発明の速
度計であり、速度計１３の構成は、前記第１乃至第３実
施例で示した、いずれかの構成が取られている。１４は
、その上に紙１９が載置されるベルト、１５は紙１９を
ベルト１４上へ供給する給紙ユニット、１６．１７はロ
ーラーで、１６が本体に軸支されたベルトローラ、１７
が駆動ローラ、１８が、それに駆動ローラ１７が取付け
られた駆動モータを示す。ベルト１４は、駆動ローラ１
７とベルトローラ１６の間に、図示する通り、張られ、
駆動モータ１８で駆動ローラ１７を矢印方向へ回転させ
ることにより、駆動ローラ１７とベルトローラ１６とが
協力してベルト１４を動かす。

給紙ユニット１５から供給された紙１９は、ベルト１４
上に載置されてヘルド１４の移動と共に矢印方向へ移動
する。速度計１３は、移動中の紙１９にレーサー光を照
射して、紙１９て生じた散乱光を光検出器で受光する。

このような照射−受光の様子は、第７図乃至第１０図で
示した通りである。本実施例では、速度計１３の光検出
器からの出力信号（ドツプラー周波数に応じた信号）が
速度検出回路１１０に入力される。回路１１０は光検出
器からの出力信号の周波数に基づいて紙１９の移動速度
、即ちベルト１４の移動速度を検出する。回路１１０で
検出された速度の情報は制御回路１１１に入力され、回
路１１１が駆動モータドライバ１１２を介して、駆動モ
ーター１８の回転速度を制御する。この制御は、ベルト
１４の移動速度、即ち紙１９の移動速度が一定になるよ
うに、回路１１１がドライバー１１２へ補正信号を入力
し、この信号に応答してドライバー１１２が駆動モータ
ー１１８の回転速度の調整を行なうものである。これに
より、紙１９の送り速度がほぼ一定になり、従来、駆動
ローラの回転数制御のみの速度−走化の場合に生じてい
た、駆動ローラの偏心による周期的速度変化もキャンセ
ルすることができ、より確実に定速の紙送りが行なえる
。

また、本発明の速度計は、前述した様に、非常に小型で
あり、また、部品点数も少ないので低コストである為、
ファクシミリ等の機器に有効に使用し得る。

第１１図において、定速て送られる紙１９には、不図示
の印字ヘッドにより画像が書込まれる。本実施例では、
紙１９が極めて正確に移動（画像書込み時の副走査方向
への移動）している間に、画像の書込みが行なわれる為
、画質の印字が可能になる。

第１１図の実施例では、ファクシミリを例にとり、画像
の書込み（プリント）装置に本速度計を用いた場合を示
したが、逆に画像の読取装置に本速度計を用いることも
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、レーザー光の波
長変動が生じても正確な速度の検出ができ、しかも速度
計のより一層のコンパクト化が可能になる。更に、レー
サー光の波長変動による２つの回折光による光スポット
のずれも小さくなり、安定した検出信号が得られるとい
った効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザードツプラー速度計の従来例を示す図。 第２図はレーサーダイオードの発振周波数の温度依存性
を示すグラフ図。 第３図は口折格子の説明図。 第４図は、回折格子を用いたレーザードツプラー速度計
の説明図。 第５図は、回折格子を用いたレーザードツプラー速度計
の具体的な構成図。 第６図は、２つのスポットのずれの説明図。 第７図は、本発明の第１実施例を示す概略図。 第８図は、回折格子へのレーサー光の斜め入射に関する
説明図。 第９図は、本発明の第２の実施例を示す概略図。 第１０図は、本発明の第３の実施例を示す概略図。 第１１図は、本発明の速度計をファクシミリの紙送り制
御に使用した例を示す概略図。 １・・・レーサーダイオード ２・・・コリメーターレンズ ３・・・平行レーザー光束 ４・・・ヒームスプリッター ６１．６２・・・回折光 ６．６′・・・ミラー ７・・・被検物体 ８・・・集光レンズ ９・・・光検出器 ９ａ・・・受光部 １０・・・回折格子 １１・・・反射点 １２・・・両面ミラー １３・・・レーザードツプラー速度計 虎禅譲号のケース赫叡１」１生 サース耕Ｔｃ（”ｃ） 第５図 （Ａ） ＣＢ） 毛６図 υ （Ａ’） （Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レーザー光を所定の入射角で移動物体若しくは移
   動流体に入射させ、該移動物体若しくは移動流体からの
   散乱光の周波数の偏移に基づいて該移動物体若しくは移
   動流体の速度変化を検出する速度計において、レーザー
   から射出したレーザー光を反射回折せしめて第１と第２
   の回折光を形成する回折格子と、該第１と第２の回折光
   を該第１と第２の回折光が回折格子から射出した時の互
   いに成す角とほぼ同じ交差角で該移動物体若しくは移動
   流体に入射せしめる光学系と、該光学系により該第１と
   第２の回折光で照明された該移動物体若しくは移動流体
   からの反射散乱光を受光する受光手段とを有し、該レー
   ザーと該受光手段の少なくとも一方を、該第１と第２の
   回折光の各々の光路を含む入射平面から外れた場所に設
   けることを特徴とするレーザードップラー速度計。 （２）前記光学系が、前記第１と第２の回折光を各回折
   光の前記回折格子による回折角とほぼ同じ角度で前記移
   動物体若しくは移動流体に入射せしめることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載のレーザードップラー
   速度計。 （３）前期レーザーが半導体レーザーから成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第（２）項記載のレーザードッ
   プラー速度計。 （４）前記受光手段が前記移動物体若しくは移動流体か
   らの反射散乱光を受光するよう設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第 （３）項記載のレーザードップラー速度計。 （５）前記第１と第２の回折光が、前記回折格子で前記
   レーザー光が反射回折して生じる±ｎ次（ｎ＝１、２、
   ３、・・・）の回折光より成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第（４）項記載のレーザードップラー速度計。