JPH04220587A - レーザドップラ方式による被測定物の移動速度、長さ測定等における被測定物の傾き、位置ずれ検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレ−ザドップラ方式によ
り被測定物の移動速度、長さ等を測定する場合に、レ−
ザ光源を光源とする二つのビ−ムの２等分線の法線に対
する被測定物の傾き、レ−ザ光源に対する被測定物の位
置ずれを検出し、その検出信号に基ずいて被測定物の傾
き、被測定物までの位置ずれを矯正して、その傾き或は
位置ずれに基づく速度、長さ等の測定誤差がでないよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザドップラ方式により被測定物の移
動速度や長さを測定することは本件発明者が先に開発し
た。その測定原理は図１に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレ−
ザ等のレ−ザ光源２からのレ−ザ光ａをビ−ムスプリッ
タ１１で二分し、その一方のレ−ザ光ａとミラ−１２で
反射されたレ−ザ光ａとを交差角φで被測定物（例えば
ロ−プ等の走行体）１に照射すると、被測定物１からの
散乱光ｂが集光レンズ等の光学系１３を介してセンサ（
光電変換器）３に受光されてヘテロダイン検波され、同
センサ３からドップラ信号ｄが出力されるようにしたも
のである。

【０００３】このドップラ信号ｄのドップラ周波数ｆＤ
　は次式で表される。 ｆＤ　＝２ｖ／λ　ｓｉｎφ／２・ｃｏｓ　ΔθｆＤ　
：ドップラ周波数 ｖ：被測定物の走行速度 λ：レ−ザ波長（６３２．８ｎｍ） φ：ビ−ム交差角 Δθ：ビ−ム法線と被測定物の直角からのずれ角前記式
のようにドップラ周波数ｆＤ　は被測定物ｄの移動速度
ｖに比例するので、前記測定原理によれば同移動速度ｖ
を求めることができるのは勿論、同移動速度ｖを時間積
分すれば被測定物１の長さを測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レ−ザドップラ方式に
よる移動速度、長さ等の測定方法では、レ−ザ光源２を
光源とする２つのビ−ムの２等分線の法線に対する被測
定物１の向きが図８のようにθだけ傾くと、ｃｏｓ　θ
分だけ速度誤差となり、この速度誤差が測定長（速度の
積分値）の誤差となる、という問題があった。

【０００５】また、被測定物１の位置が図１０のように
所定位置よりΔｌだけレ−ザ光源２から遠くなる（位置
がずれる）と、被測定物１からの散乱光ｂの量が少なく
なってドップラ信号ｄの出力レベルが低下する。また、
逆に被測定物１の位置が所定位置よりΔｌだけレ−ザ光
源２に近づくと、被測定物１からの散乱光ｂの量が多く
なってドップラ信号ｄの出力レベルが高くなる。

【０００６】この場合、ドップラ信号ｄの出力レベルが
高くなる分には特に問題はないが、ドップラ信号ｄの出
力レベルが低くなるとドップラ信号ｄを処理する処理部
において、ドップラ信号ｄをノイズと区別することがで
きなかったり、出力レベルが著しく低い場合にはドップ
ラ信号ｄが処理部に入力されないことがある。このため
その部分でドップラ信号ｄが欠落し、被測定物１の長さ
が実際の長さより短く測定されて測定誤差となる、とい
う問題があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は前記レ−ザ光源に対する
被測定物の傾き、位置ずれに起因する移動速度、長さ等
の測定誤差を解決するため、被測定物の各種測定に先立
って、被測定物にレ−ザ光源を対向させてセッティング
するときに、レ−ザ光源に対する被測定物の傾きと、レ
−ザ光源の位置ずれを検出し、その検出信号に基ずいて
レ−ザ光源の向きや位置を調節して、前記傾き、位置ず
れを矯正できるようにしたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明者は本件発明の
開発に先立って、レ−ザ光源に対する被測定物の傾きと
出力光レベルとの関係、レ−ザ光源から被測定物までの
距離と出力光レベルとの関係について鋭意研究した。

【０００９】その結果、図９のようにレ−ザ光源２に対
して被測定物１がθ／２だけ傾くとン１のビ−ム交差角
がφ／４となり、レ−ザ光ａが正反射してセンサ３に入
力して図１０のようにドップラ信号ｄの出力レベルが大
きくなることを見出した。

【００１０】また、被測定物１の位置ずれが０（距離１
００ｍｍ）のときのドップラ信号ｄの出力レベルを図１
１のＡとすると、被測定物１の位置が図１０のようにレ
−ザ光源２に対してΔｌだけ近ずいた場合（−Δｌ）は
ドップラ信号ｄの出力レベルが図１１のように高くなり
、図１０のようにΔｌだけ離れた場合（＋Δｌ）はドッ
プラ信号ｄの出力レベルが同図のように低くなることも
見出した。

【００１１】本発明は前記知見に基ずいて開発されたも
のである。本発明は図１のように被測定物１にレ−ザ光
源２からレ−ザ光ａを照射し、同被測定物１からの散乱
光ｂをセンサ３により受光して、同センサ３からドップ
ラ信号ｄを出力し、同ドップラ信号ｄに基づいて被測定
物１の移動速度、長さ等を測定するようにしたレ−ザド
ップラ方式による被測定物の移動速度、長さ等の測定方
法において、図２〜図４のようにセンサ３として四分割
デイテクタ５を使用し、前記散乱光ｂをシリンドカルレ
ンズ４を通して同四分割デイテクタ５で受光し、図５に
示す四分割デイテクタ５の四つの受光部６、７、８、９
から出力されるドップラ信号ｄのうち、対向する二つの
受光部６と７、８と９を一対として各対の出力レベルを
求め、その出力レベルからレ−ザ光源２に対する被測定
物１の傾き、又はレ−ザ光源２に対する被測定物１の位
置ずれを検出するようにしたものである。

【００１２】

【作用】本発明では図２のシリンドカルレンズ４を通し
た散乱光ｂが四分割デイテクタ５に受光される。この場
合、被測定物１が傾いていない場合は四分割デイテクタ
５に受光される散乱光ｂの形は図３、ｂのように真円に
なり、しかも四つの受光部６、７、８、９に均等に受光
される。

【００１３】被測定物１が右下りに傾いたときは四分割
デイテクタ５に受光される散乱光ｂの形は図３、ａのよ
うに真円ではあるが、左上に片寄って四つの受光部６、
７、８、９のうち受光部４の受光量が最大になる。

【００１４】被測定物１が右上りに傾いたときは四分割
デイテクタ５に受光される散乱光ｂの形は図３、ｃのよ
うに真円ではあるが、右上に片寄って四つの受光部６、
７、８、９のうち受光部３の受光量が最大になる。

【００１５】前記いずれの場合も四分割デイテクタ５は
受光量に応じてドップラ−信号ｄを出力するので、受光
部６と７、８と９を夫々一対として各対のドップラ−信
号ｄの出力レベルを検出すれば、被測定物１が傾いてい
るか否か、右上りに傾いているのか右下りに傾いている
のかを検出することができる。

【００１６】被測定物１が位置ずれしていない場合は四
分割デイテクタ５に受光される散乱光ｂの形は図４、ｂ
のように真円になり、しかも四つの受光部６、７、８、
９に均等に受光される。

【００１７】被測定物１がレ−ザ光源２に近づいたとき
は被測定物１の位置がシリンドカルレンズ４の焦点距離
より手前になるので、四分割デイテクタ５に受光される
散乱光ｂの形はシリンドカルレンズ４の特性から図４、
ａのように左上方に傾斜する横長楕円形になり、四つの
受光部６、７、８、９のうち受光部４の受光量が最大に
なる。

【００１８】被測定物１がレ−ザ光源２より離れたとき
は被測定物１の位置がシリンドカルレンズ４の焦点距離
より先方（奥）になるので、四分割デイテクタ５に受光
される散乱光ｂの形はシリンドカルレンズ４の特性から
図４、ｃのように右上方に傾斜する横長楕円形になり、
四つの受光部６、７、８、９のうち受光部３の受光量が
最大になる。

【００１９】従って、受光部６と７、８と９を夫々一対
として各対のドップラ−信号ｄの出力レベルを検出すれ
ば、被測定物１がレ−ザ光源２から位置ずれしていない
か否か、或は近づいているか離れているかを検出するこ
とができる。

【００２０】前記のようにして検出されたモニタ信号を
デジタル或はアナログ的に表示すれば、被測定物１の速
度、長さ等の測定に先立って、レ−ザ光源２を被測定物
１に対向させてセッティングするときに、それを見なが
ら出力レベルが基準値に合うようにレ−ザ光源２の向き
や位置を調整することができる。

【００２１】

【実施例】図１はレ−ザドップラ方式による被測定物の
長さ測定方法の原理図である。この長さ測定方法は半導
体レ−ザ等のレ−ザ光源２から出力されるレ−ザ光ａを
ビ−ムスプリッタ１１を通して被測定物１に照射すると
共に、ビ−ムスプリッタ１１で分岐されてミラ−１２に
より反射されたレ−ザ光ａを被測定物１に交差角φで照
射する。

【００２２】被測定物１からの散乱光ｂを図２、図５の
ように集光レンズ１０、シリンドカルレンズ４を通して
センサ３で受光する。本発明では同センサ３として四分
割デイテクタ５を使用し、その受光部６、７、８、９か
ら出力されるドップラ信号ｄを差動増幅器１５で合成し
て測定部に入力し、そのドップラ信号ｄを同測定部にお
いて処理して被測定物１の移動速度ｖを求めたり、この
移動速度ｖに基づいて被測定物１の長さを求めたりする
。この場合、差動増幅器１５の出力信号は例えば図６の
ようになる。

【００２３】同時に、四分割デイテクタ５の四つの受光
部６、７、８、９から出力されるドップラ信号ｄを図５
のようにモニタ信号として取り出して、対向する二つの
受光部６と７、８と９を一対として各対の出力レベルを
図５の差動増幅器１６、１７で検出し、その差動増幅器
１６、１７から出力される各対の出力レベルに基づいて
被測定物１の傾き、位置ずれを検出する。この場合、被
測定物１の傾きを検出する信号は図７のようになる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によればレ−ザ光源２対する被測
定物１の傾きや位置ずれを手軽に検出することができる
。しかも被測定物１の位置ずれをシリンドカルレンズ４
の焦点距離からのずれとして検出するので、被測定物１
表面が凹凸して散乱状態が一定しない場合でも、正確に
位置ずれを検出することができる。また、検出された傾
き又は位置ずれをアナログ、デジタル的に表示すれば、
それを見ながらレ−ザ光源２の向きや位置を調節して、
測定に先立って被測定物１の傾きや位置ずれを手軽に矯
正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レ−ザドップラ方式による被測定物の長さ測定
方法の原理図である。

【図２】本発明の検出方法の一実施例を示す説明図であ
る。

【図３】本発明において被測定物が傾いた場合の四分割
デイテクタの散乱光の説明図である。

【図４】本発明において被測定物が一ずれした場合の四
分割デイテクタの散乱光の説明図である。

【図５】本発明における検出信号取り出し方法の説明図
である。

【図６】図５における検出信号の説明図である。

【図７】図５における傾き検出信号の説明図である。

【図８】被測定物が傾いた場合のビ−ムの入射角度と散
乱光との関係を示す説明図である。

【図９】被測定物の傾き角度と出力レベルとの関係を示
す説明図である。

【図１０】被測定物からレ−ザ光源までの距離のずれを
示す説明図である。

【図１１】被測定物からレ−ザ光源までの距離のずれと
出力レベルとの関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　被測定物 ２　　レ−ザ光源 ３　　センサ ４　　シリンドカルレンズ ５　　四分割デイテクタ ６〜９　　受光部 ａ　　レ−ザ光 ｂ　　散乱光 ｄ　　ドップラ信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物１にレ−ザ光源２からレ−ザ光ａ
   を照射し、同被測定物１からの散乱光ｂをセンサ３によ
   り受光してドップラ信号ｄを出力し、同ドップラ信号ｄ
   に基づいて被測定物１の移動速度、長さ等を測定するよ
   うにしたレ−ザドップラ方式による被測定物の移動速度
   、長さ等の測定方法において、前記センサ３として四分
   割デイテクタ５を使用し、前記散乱光ｂをシリンドカル
   レンズ４を通して同四分割デイテクタ５で受光し、同四
   分割デイテクタ５の四つの受光部６、７、８、９から出
   力されるドップラ信号ｄのうち、対向する二つの受光部
   ６と７、８と９を一対として各対の出力レベルを求め、
   それらの出力レベルからレ−ザ光源２に対する被測定物
   １の傾き、又はレ−ザ光源２に対する被測定物１の位置
   ずれを検出することを特徴とするレ−ザドップラ方式に
   よる被測定物の移動速度、長さ測定等における被測定物
   の傾き、位置ずれ検出方法。