JPH07301673A - 速度計、速度検出方法及び変位情報検出装置 - Google Patents

速度計、速度検出方法及び変位情報検出装置

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JPH07301673A
JPH07301673A JP11361494A JP11361494A JPH07301673A JP H07301673 A JPH07301673 A JP H07301673A JP 11361494 A JP11361494 A JP 11361494A JP 11361494 A JP11361494 A JP 11361494A JP H07301673 A JPH07301673 A JP H07301673A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドップラー信号とインデックス信号とを利用
して移動物体の速度情報を高精度に検出することができ
る速度計を得ること。 【構成】 光源手段からの光束を移動物体の被検面に入
射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受けた散
乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号をドッ
プラー信号処理回路に入力して得られた信号より該移動
物体の速度情報を検出するとともに、該光検出器からの
信号をインデックス信号処理回路に入力してインデック
ス信号を得ていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は速度計、速度検出方法、
或いは変位情報検出装置に関し、例えば移動する物体や
流体等(以下「移動物体」と称する。)にレーザー光を
照射し、該移動物体の移動速度に応じてドップラーシフ
トを受けた散乱光の周波数の偏移や測定位置の基準とな
るインデックス信号を検出することにより移動物体の変
位に関する変位情報や移動物体の移動速度を非接触で測
定するようにしたドップラー効果を利用した速度計に良
好に適用できるものである。
【0002】
【従来の技術】従来より移動物体の移動速度を非接触か
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が移動物体の移動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、即ちドッ
プラー信号を検出し移動物体の移動速度を測定してい
る。
【0003】移動物体の移動情報を検出する際、測定開
始位置の基準信号を用いる場合がある。このとき従来
は、ドップラー信号の検出用の光検出器の他に測定開始
位置の基準となるインデックス信号を得るための光検出
器を設けていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来はドップラー信号
の検出用の光検出器の他にインデックス信号を得るため
の光検出器を別に設けていた。このため移動物体に対向
して2つの光検出器を設ける場合、移動物体が小さい場
合には装置全体が複雑化してくる傾向があった。
【0005】本発明は移動物体からのドップラー信号と
インデックス信号とを含んだ散乱光をドップラー信号検
出用の1つの光検出器で検出し、該光検出器からの信号
を適切なる構成の信号処理回路を用いて処理することに
よりドップラー信号と共にインデックス信号を得るよう
にし、これにより簡易な構成により移動物体の移動情報
を高精度に検出することができる速度計、速度検出方
法、変位情報検出装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の速度計は、 (1−1)光源手段からの光束を移動物体の被検面に入
射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受けた散
乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号をドッ
プラー信号処理回路に入力して得られた信号より該移動
物体の速度情報を検出するとともに、該光検出器からの
信号をインデックス信号処理回路に入力してインデック
ス信号を得ていることを特徴としている。
【0007】特に、前記インデックス信号処理回路は周
波数フィルターを有し、該周波数フィルターのカットオ
フ周波数を制御部により前記移動物体の速度情報に基づ
いて変化させ、これよりインデックス信号を得ているこ
とを特徴としている。
【0008】本発明の速度検出方法は、 (1−2)光源手段からの光束を移動物体の被検面に入
射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受けた散
乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号を用い
て該移動物体の速度情報を検出する際、該移動物体の一
部に該被検面の拡散反射率と異なる拡散反射率を有し、
かつ被検面入射光束の径よりも小さいインデックスマー
クを形成していることを特徴としている。
【0009】特に、前記光検出器は前記移動物体に設け
たインデックスマークからの散乱光を検出し、これより
インデックス信号を得ていることを特徴としている。
【0010】(1−3)光源手段からの光束を移動物体
の被検面に入射させ、該移動物体からのドップラーシフ
トを受けた散乱光を光検出器で検出し、該光検出器から
の信号をドップラー信号処理回路に入力して得られた信
号より該移動物体の速度情報を検出するとともに、該移
動物体の一部に設けられた該被検面の拡散反射率と異な
る拡散反射率を有し、かつ被検面入射光束の径よりも小
さいインデックスマークからの散乱光を該光検出器で検
出し、該光検出器からの信号をインデックス信号処理回
路に入力してインデックス信号を得ていることを特徴と
している。
【0011】特に、前記インデックス信号処理回路はロ
ーパスフィルターとハイパスフィルターと増幅器とレベ
ル検出器そしてインデックス発生器とを有し、双方のフ
ィルターのカットオフ周波数を制御部により前記移動物
体の速度情報に基づいて変化させ、これよりインデック
ス信号を得ていることを特徴としている。
【0012】本発明の変位情報検出装置は、 (1−4)光源手段からの光束を移動物体の被検面に入
射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受けた散
乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号をドッ
プラー信号処理回路に入力して得られた信号より該移動
物体の変位に関係する情報を検出するとともに該光検出
器からの信号をインデックス信号処理回路に入力してイ
ンデックス信号を得ていることを特徴としている。
【0013】
【実施例】図1は本発明の実施例1の要部ブロック図で
ある。本実施例はドップラー効果を利用した速度計にお
いて、インデックス信号を得るための構成を示してい
る。
【0014】図中、21はドップラー信号処理回路、2
2はインデックス信号処理回路である。1は光検出器で
あり、速度測定用の光束が照射された被検物体(移動物
体)からのドップラーシフトを受けた散乱光とインデッ
クスマークからの散乱光の双方の光を検出し、出力信号
Sとして出力している。2は第1増幅器であり、光検出
器1からの出力信号Sを増幅している。増幅器2からは
被検物体の速度に応じたドップラー信号とインデックス
信号を含み、被検物体からの拡散反射光の光量に応じた
信号として出力している。
【0015】3は第2増幅器であり、第1増幅器2から
のドップラー信号をある一定のレベルに増幅している。
4はバンドパスフィルターであり、第2増幅器3からの
ドップラー信号のノイズを除去している。5は波形整形
器であり、バンドパスフィルター4からのドップラー信
号を二値化している。6は周波数発振器であり、波形整
形器5からの二値化したドップラー信号を連続信号とし
て出力している。
【0016】本実施例ではドップラー信号処理回路21
からの二値化したドップラー信号(ドップラー周波数
F)より、後述する式に基づいて移動物体の移動情報を
検出している。
【0017】7はハイパスフィルター(HPF)であ
り、第1増幅器2からのインデックス信号を含んだ拡散
反射光の光量に応じた信号から被検物体の表面性による
信号の変動分を除去している。8はローパスフィルター
(LPF)であり、ハイパスフィルター(MPF)7か
らのドップラー信号や高域ノイズを除去している。9は
第3増幅器であり、ローパスフィルター8からのインデ
ックス信号を増幅している。10は検出器であり、第3
増幅器9からのインデックス信号を検出している。
【0018】11はインデックス発生器であり、検出器
10からのインデックス信号よりある一定幅のインデッ
クス信号を出力している。12はコントロール部(制御
部)であり、各要素7〜11を制御している。制御部1
2は例えばドップラー信号処理回路21からの移動物体
の速度情報に基づいてハイパスフィルター7やローパス
フィルター8等(バンドパスフィルター)のカットオフ
周波数を変化させ、これよりインデックス発生器11よ
り所定のインデックス信号を得ている。
【0019】図3は本発明においてインデックス形成手
段により被検物体にインデックスマークを形成する際の
被検物体に書き込むインデックスマークの大きさの説明
図である。
【0020】同図において、30はインデックスマー
ク、114a及び114bは各々被検物体に照射するレ
ーザー光束のスポット径である。インデックスマーク3
0はレーザードップラー速度計の2光束の交差するスポ
ット114a及び114bよりも小さくしている。
【0021】図3(A)はインデックスマーク30が移
動方向に対して横長のもの、図3(B)はインデックス
マーク30が移動方向に対して縦長のもの、図3(C)
はインデックスマーク30が丸いものの例を示してあ
る。また書き込むインデックスマークは、その拡散反射
率が被検物体の拡散反射率とは異なった低いもの或いは
高いものとなるようにしている。
【0022】次に、本実施例におけるインデックス信号
の検出発生方法について説明する。図1において、第1
増幅器2からのインデックス信号を含み、拡散反射光の
光量に応じた信号は図2の信号波形2aのように被検物
体の表面性による反射光量の変化から低周波の信号の変
動を含んでいる。
【0023】そこでHPF7で被検物体の表面性による
信号の変動分を取り除き、次いでLPF8でドップラー
信号等による高域のノイズを取り除いている。そして第
3増幅器9でインデックス信号を効率良く増幅して、図
2の信号波形2bのような信号を得ている。
【0024】そうするとレベルを検出するための検出器
10でのインデックス信号検出レベルの設定が第3増幅
器9の出力レベルを基に容易になり、誤動作をなくすこ
とができる。インデックス発生器11では検出器10で
検出されたインデックス信号の出力幅tを設定して、こ
れよりインデックス信号を出力している。
【0025】更に本発明では、周波数発振器6からのド
ップラー信号を基に被検物体の速度情報を検出し、該速
度情報に基づいて制御部12によりHPF7とLPF8
のカットオフ周波数を決定している。これにより増幅器
9で効率良くインデックス信号の増幅が行なえるように
している。尚、カットオフ周波数はインデックマークの
大きさとレーザー光束の径と被検物体の速度がわかれ
ば、図2のグラフ2aのインデックス信号の幅が計算で
きるので容易に決定できる。
【0026】また、インデックスマークを2光束の交差
するスポット径よりも小さくしており、これによりドッ
プラー信号のレベルに殆ど影響を与えず、測定の精度の
低下を防止している。
【0027】図4は本発明に係る速度計の光学系の要部
概略図である。
【0028】同図において、100はドップラー効果を
用いた速度計である。101はレーザー、102はコリ
メーターレンズ、107は移動物体としての被測定物
体、110は格子ピッチdの回折格子、121,122
は焦点距離がfの凸レンズであり、図に示すような配置
構成になっている。回折格子110からレンズ121ま
での距離をa、レンズ122から被測定物体107まで
の距離をbとしたとき、a,bはa+b=2fの関係を
満足している。
【0029】波長λが約0.68μmのレーザーダイオ
ード101からのレーザー光はコリメーターレンズ10
2によって直径1.2mmφの平行光束103となり、
格子ピッチdが3.2μmの透過型の回折格子110の
格子配列方向に垂直に入射する。このとき±1次の回折
光105a,105bは回折角θ1 =12°で出射す
る。
【0030】光束105a,105bが焦点距離f(=
15mm)の凸レンズ121に入射すると、図のような
光束113a,113bが得られる。光束113a,1
13bが2f(=30mm)離れたもう1つの凸レンズ
122に入射すると、再び平行光114a,114bが
得られ、前述の回折格子110からの回折角θ1 と等し
い角度で1.2mmφのスポット径となって速度V(m
m/sec)の被測定物体107を照射する。
【0031】被測定物体107からの散乱光を凸レンズ
122及び集光レンズ108により効率よく光検出器1
受光部1aへと集光させ、(a1)式に示すドップラー
信号が含有された光信号を検出する。そして図1に示す
構成のドップラー信号処理回路からの出力を受ける不図
示の演算手段を介して移動物体107の速度情報を得て
いる。
【0032】 F=2V/d=V/1.6(kHz) ・・・・・・・・(a1) ここでa=10mm,b=20mmとしており、bは比
較的長くなりワーキングディスタンスを大きくして速度
計設置の自由度を大きくしている。
【0033】ここでレーザーダイオード101からのレ
ーザー光の波長λが変化したとすると、dsin θ=λに
対応して回折角θが変動するが、ドップラー信号は変動
しない。また、この装置では2光束スポットの位置も不
動にしている。即ち被測定物体107を図4に示す配置
に設定して、被測定物体107上で2光束のスポットの
位置が不動となるようにしてスポット間の位置ずれが生
じないようにして、常に適正な交差状態を保ち、良好な
るドップラー信号とインデックス信号を得ている。
【0034】
【発明の効果】第1,第7発明によれば以上のように、
移動物体からのドップラー信号とインデックス信号とを
含んだ散乱光をドップラー信号検出用の1つの光検出器
で検出し、該光検出器からの信号を適切なる構成の信号
処理回路を用いて処理することによりドップラー信号と
共にインデックス信号を得るようにし、これにより簡易
な構成により移動物体の移動情報を高精度に検出するこ
とができる速度計又は変位情報検出装置を達成すること
ができる。
【0035】又第3〜5発明によれば、このような装置
を使用する場合に被検物体にインデックスマークを形成
してもドップラー信号に影響を与えないようにすること
ができる。又第2,第6発明によれば、更に、被検物体
の速度情報が変化しても正確にインデックス信号が得ら
れるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の要部ブロック図
【図2】 本発明に係るインデックス信号検出方法の説
明図
【図3】 本発明に係るインデックスマークとスポット
光束との関係を示す説明図
【図4】 本発明の速度計の光学系の要部概略図
【符号の説明】
1 光検出器 2 第1増幅器 3 第2増幅器 4 バンドパスフィルター 5 波形整形器 6 周波数発振器 7 ハイパスフィルター 8 ローパスフィルター 9 第3増幅器 10 検出器 11 インデックス発生器 12 制御部 21 ドップラー信号処理回路 22 インデックス信号処理回路 100 速度計 101 光源手段 107 移動物体

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段からの光束を移動物体の被検面
    に入射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受け
    た散乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号を
    ドップラー信号処理回路に入力して得られた信号より該
    移動物体の速度情報を検出するとともに、該光検出器か
    らの信号をインデックス信号処理回路に入力してインデ
    ックス信号を得ていることを特徴とする速度計。
  2. 【請求項2】 前記インデックス信号処理回路は周波数
    フィルターを有し、該周波数フィルターのカットオフ周
    波数を制御部により前記移動物体の速度情報に基づいて
    変化させ、これよりインデックス信号を得ていることを
    特徴とする請求項1の速度計。
  3. 【請求項3】 光源手段からの光束を移動物体の被検面
    に入射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受け
    た散乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号を
    用いて該移動物体の速度情報を検出する際、該移動物体
    の一部に該被検面の拡散反射率と異なる拡散反射率を有
    し、かつ被検面入射光束の径よりも小さいインデックス
    マークを形成していることを特徴とする速度検出方法。
  4. 【請求項4】 前記光検出器は前記移動物体に設けたイ
    ンデックスマークからの散乱光を検出し、これよりイン
    デックス信号を得ていることを特徴とする請求項3の速
    度検出方法。
  5. 【請求項5】 光源手段からの光束を移動物体の被検面
    に入射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受け
    た散乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号を
    ドップラー信号処理回路に入力して得られた信号より該
    移動物体の速度情報を検出するとともに、該移動物体の
    一部に設けられた該被検面の拡散反射率と異なる拡散反
    射率を有し、かつ被検面入射光束の径よりも小さいイン
    デックスマークからの散乱光を該光検出器で検出し、該
    光検出器からの信号をインデックス信号処理回路に入力
    してインデックス信号を得ていることを特徴とする速度
    検出方法。
  6. 【請求項6】 前記インデックス信号処理回路はローパ
    スフィルターとハイパスフィルターと増幅器とレベル検
    出器そしてインデックス発生器とを有し、双方のフィル
    ターのカットオフ周波数を制御部により前記移動物体の
    速度情報に基づいて変化させ、これよりインデックス信
    号を得ていることを特徴とする請求項5の速度検出方
    法。
  7. 【請求項7】 光源手段からの光束を移動物体の被検面
    に入射させ、該移動物体からのドップラーシフトを受け
    た散乱光を光検出器で検出し、該光検出器からの信号を
    ドップラー信号処理回路に入力して得られた信号より該
    移動物体の変位に関係する情報を検出するとともに該光
    検出器からの信号をインデックス信号処理回路に入力し
    てインデックス信号を得ていることを特徴とする変位情
    報検出装置。
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