JPH09281134A

JPH09281134A - レーザ流速計

Info

Publication number: JPH09281134A
Application number: JP8655996A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Iwamoto; 勝治岩本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】被測定流体の流速と流れの方向を簡単かつ正確
に測定できる小型でコンパクトな機動性に優れたレーザ
流速計を提供するにある。【解決手段】レーザ流速計１１は２つの半導体レーザ１
２ａ，１２ｂと、各半導体レーザ１２ａ，１２ｂから出
力されるレーザ光ｌａ，ｌｂを平行光束にするコリメー
タ１３，１３ｂと、出力レーザ光の少なくとも一方を分
割するビームスプリッタ１４と、各レーザ光１ａ1 ，１
ａ2 ，１ｂを被測定流体３の測定領域３ａに少なくとも
３つの焦点として集光させる集光手段１５を走査光学系
１６が有する。また、各焦点からの散乱レーザ光を受光
して電気信号を出力する光電変換手段２０ａ，２０ｂを
反射光学系２１が有する。光電変換手段２０ａ，２０ｂ
からの信号出力を処理して微粒子Ｐの流れの方向および
信号の時間間隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点
間距離から微粒子Ｐの流速を求め、被測定流体３の流速
と流れ方向を算出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
被測定流体の流速と流れの方向を測定するレーザ流速計
に係り、特に被測定流体の流速を正確に測定でき、機動
性に優れ、小型でコンパクトな半導体レーザ流速計等の
レーザ流速計に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気や水等の被測定流体の流速を測定す
る流速計として、ピトー管や熱線流速計が従来から用い
られている。最近では、ピトー管等に代わり、ガスレー
ザや半導体レーザのレーザ光を使用したレーザ流速計が
用いられるようになってきた。市販されているレーザ流
速計に、後方散乱方式のレーザドップラー流速計があ
る。

【０００３】従来のレーザ光ドップラー流速計は、レー
ザ装置として出力の大きなガスレーザのアルゴンイオン
レーザが使用されるために、レーザ装置が大型化する。
この流速計は装置全体として長さ１ｍ以上となって大型
化し、重量が増大する。このため、従来のレーザ流速計
はハンディタイプとすることができず、被測定流体の流
速測定の機動性が欠けるという不具合があった。

【０００４】装置全体の大型化の問題を解決したレーザ
流速計として、特開平５−２４９１２９号公報に開示さ
れた半導体レーザ流速計がある。このレーザ流速計は、
図１７に示すように構成され、レーザ装置として赤色半
導体レーザ１を用いて測定光学系２を構成し、被測定流
体３中に測定領域３ａを設定した後方散乱方式のレーザ
流速計である。

【０００５】従来のレーザ流速計は、半導体レーザ１か
ら出力されるレーザ光ｌの光軸上にコリメータレンズ４
が設けられ、このコリメータレンズ４でレーザ光ｌの拡
がり角を小さくして平行光束を形成している。コリメー
タレンズ４の出力側にはレーザ光ｌを２つのレーザ光ｌ
₁，ｌ₂に等強度に分割し、かつ偏光方向を変える偏光
プリズムとしてのウォラストンプリズム５が設けられ
る。このウォラストンプリズム５はビームスプリッタと
して機能する。

【０００６】ウォラストンプリズム５の出力側には集光
手段である集光レンズ６が設けられ、この集光レンズ６
で被測定流体３の測定領域３ａに分割された２つのレー
ザ光ｌ₁，ｌ₂を２つの焦点として集光させている。測
定領域３ａに集光されたレーザ光ｌ₁，ｌ₂による２つ
の焦点近傍は図１８に示すように表わされる。

【０００７】図１８に示すように、２つのレーザ光
ｌ₁，ｌ₂は集光レンズ１５によりレーザ光の直径が絞
られる。このレーザ光直径は測定領域３ａの焦点位置で
最小直径まで絞られた後、また拡大する。測定領域３ａ
に形成される２焦点間の間隔は所定値に設定されてい
る。

【０００８】そして、被測定流体３を測定領域３ａに流
すことにより、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐも同
速度で測定領域３ａを通過する。すなわち、２つの焦点
を通る。微粒子Ｐが２つの焦点を通過すると、レーザ光
を散乱させる。この散乱レーザ光は集光レンズ６で集束
されて平行レーザ光にされる。平行レーザ光は偏光角度
を９０度相違させた偏向フィルタ７ａ，７ｂにより散乱
光の一方の光のみをそれぞれ選択し、レンズ８ａ，８ｂ
により光電変換素子としての半導体受光素子９ａ，９ｂ
に受光させる。半導体受光素子９ａ，９ｂは散乱光を入
力して電気信号を出力し、この信号出力を信号処理手段
としての信号処理器１０に入力させる。信号処理器１０
では入力信号を方形波に直して時間間隔を測定するとと
もに、測定領域３ａの２つの焦点距離を測定された時間
間隔で割って微粒子Ｐの流速を演算しており、この微粒
子Ｐの流速を被測定流体３の流速として出力している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ流速計に
おいて、レーザ装置としてガスレーザを用いたものでは
装置全体が大型化し、レーザ流速計の小型・コンパクト
化を図ることができず、機動性に優れたハンディタイプ
のレーザ流速計を提供することが困難である。

【００１０】また、レーザ装置として小型の赤色半導体
レーザを用いたものでは、レーザ流速計の小型・コンパ
クト化が図れ、ハンディタイプの機動性に優れたものが
提供できるが、このレーザ流速計では、被測定流体の流
速しか測定できず、被測定流体の流れの方向に関する情
報が得られないという問題があり、正確な流速測定を行
なう上で支障があった。

【００１１】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、流れの方向を確認でき、被測定流体の流速を
簡単かつ正確に測定できるレーザ流速計を提供すること
を目的とする。

【００１２】本発明本発明の他の目的は、散乱レーザ光
量を充分に確保し、被測定流体の流速を正確かつ容易に
行なうことができ、機動性に優れたハンディタイプのレ
ーザ流速計を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ流速
計は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子速
度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として出
力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光を
出力する２つの半導体レーザと、上記半導体レーザから
出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束の
レーザ光を形成するコリメータと、平行光束のレーザ光
の一方を２本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、分割された２本のレーザ光と他方のレーザ光を、被
測定流体の測定領域に少なくとも３つの焦点として集光
させる集光手段と、前記測定領域の各焦点からの散乱レ
ーザ光を受光して電気信号を出力する光電変換手段と、
この光電変換手段からの信号出力に基づいて微粒子の流
れ方向および信号の時間間隔を測定し、測定された時間
間隔と前記各焦点間距離とから微粒子の流速を演算処理
する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段で測定・
処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定流体の流れ
方向および流速として設定したものである。

【００１４】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るレーザ流速計は、請求項２に記載したよう
に、ビームスプリッタは、半導体レーザから出力される
波長λ1 ，λ2 のレーザ光の一方を分割し、分割された
レーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束させ、被測
定流体の測定領域にλ1 ，λ1 ，λ2 または波長λ2 ，
λ2 ，λ1 の３つの焦点として集光させ、これら３つの
焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介して光電変
換手段に受光させたり；さらに、請求項３に記載したよ
うに、ビームスプリッタは、半導体レーザから出力され
る波長λ1 ，λ2のレーザ光の一方を分割し、分割され
たレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束させ、被
測定流体の測定領域にλ1 ，λ2 ，λ1 または波長λ2
，λ1 ，λ2 の３つの焦点として集光させ、これら３
つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介して光
電変換手段に受光させたものである。

【００１５】本発明に係るレーザ流速計は、上述した課
題を解決するために、請求項４に記載したように、レー
ザ光を用いて被測定流体中の微粒子速度を測定し、この
微粒子速度を被測定流体速度として出力するレーザ流速
計において、波長の異なるレーザ光を出力する２つの半
導体レーザと、上記半導体レーザから出力されるレーザ
光の拡がり角を小さくして平行光束のレーザ光を形成す
るコリメータと、平行光束の各レーザ光をそれぞれ２本
のレーザ光に分割するビームスプリッタと、分割された
４本のレーザ光を被測定流体の測定領域に４つの焦点と
して集光させる集光手段と、前記測定領域の４つの焦点
からの散乱レーザ光を受光して電気信号を出力する光電
変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づい
て微粒子の流れの方向および信号の時間間隔を測定し、
測定された時間間隔と各焦点間距離とから微粒子の流速
を演算処理する信号処理手段とを備え、上記信号処理手
段で測定・処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定
流体の流れ方向および流速として設定したものである。

【００１６】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係るレーザ流速計は、請求項５に記載したよう
に、ビームスプリッタは、一方の半導体レーザから出力
される波長λ1 のレーザ光を分割する第１ビームスプリ
ッタと、他方の半導体レーザから出力される波長λ2 の
レーザ光を分割する第２ビームスプリッタとを有し、上
記ビームスプリッタで分割されたレーザ光を集光手段に
より、被測定流体の測定領域に波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，
λ2 または波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の４つの焦点と
して集光させ、これら４つの焦点からの散乱レーザ光を
干渉フィルタを介して波長λ1 ，波長λ2 の２つの光電
変換手段に受光させたものである。

【００１７】さらにまた、本発明に係るレーザ流速計
は、上述した課題を解決するために、請求項６に記載し
たように、レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子の速
度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として出
力するレーザ流速計において、波長の異なる少なくとも
２本のレーザ光を出力するレーザ装置と、このレーザ装
置から出力されたレーザ光のうち、少なくとも一方のレ
ーザ光を２本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、このビームスプリッタで分割されたレーザ光および
他方のレーザ光を被測定流体の測定領域に少なくとも３
つの焦点として集光させる集光手段と、前記測定領域の
各焦点を通る微粒子からの散乱レーザ光を受光して電気
信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段から
の信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および時間間
隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間の距離とか
ら微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを有し、
上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ方向
と流速を被測定流体の流れ方向と流速として設定したも
のである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ流速計
の一実施の形態について添付図面を参照して説明する。

【００１９】図１は本発明に係るレーザ流速計の第１実
施形態を示すものである。このレーザ流速計１１は、レ
ーザ装置として小型の半導体レーザ１２ａ，１２ｂを用
いた小型でコンパクトなハンディタイプのもので、装置
全体の寸法が例えば直径５０mm，長さ１５０mm程度に製
作される。このレーザ流速計は、空気や水等の被測定流
体の流速のみならず、流れの方向も測定できるようにし
たものである。

【００２０】このレーザ流速計１１は、レーザ装置とし
て波長λ1 のレーザ光ｌａを出力する第１半導体レーザ
１２ａと波長λ2 のレーザ光ｌｂを出力する第２半導体
レーザ１２ｂとの２つの半導体レーザを備える。各半導
体レーザ１２ａ，１２ｂの光軸上にはコリメータとして
のコリメータレンズ１３ａ，１３ｂがそれぞれ設置さ
れ、各コリメータレンズ１３ａ，１３ｂでレーザ光の拡
がり角を小さくして平行光束を作り、平行な２本のレー
ザ光に成形している。

【００２１】一方のコリメータレンズ１３ａの出力側に
は、レーザ光ｌａを２本の等強度のレーザ光ｌａ1 ，ｌ
ａ2 に分割するビームスプリッタ１４が設けられる。こ
のビームスプリッタ１４としては、プリズムの他にハー
フミラーやサバール板，フレネルゾーンプレート等を用
いてもよい。ビームスプリッタ１４の出力側にはレーザ
光を集束させる集光手段として集光レンズ１５が設置さ
れ、この集光レンズ１５にて２本の波長λ1 の分割レー
ザ光ｌａ1 ，ｌａ2 と波長λ2 のレーザ光ｌｂを空気や
水等の被測定流体３の測定領域３ａに３つの焦点として
集光させている。

【００２２】このようにして、半導体レーザ１２ａ，１
２ｂから集光レンズ１５に至る光学系が一体的に組み立
てられて走査光学系１６が構成され、この走査光学系１
６を通して２つの半導体レーザ１２ａ，１２ｂからの波
長λ1 ，λ2 のレーザ光ｌａ，ｌｂは被測定流体３の測
定領域３ａに３つの焦点を結ぶように走査される。

【００２３】図２は、３つの焦点を形成した被測定流体
３の測定領域３ａ付近を示すものであり、測定領域３ａ
に形成される３つの焦点は焦点間距離が互いに等しく、
かつ所定の値となるように予め調整される。３つの焦点
は、レーザ光の波長λ1 ，λ1 ，λ2 毎に独立して形成
され、図２に示すように、焦点配置は波長λ1 ，λ1，
λ2 の順となる。被測定流体３の測定領域３ａに照射さ
れる各レーザ光ｌａ1，ｌａ2 ，ｌｂは、レーザ光直径
が集光レンズ１５により集束され、測定領域３ａで３つ
の焦点を形成するように最小直径まで絞られた後、また
拡大する。

【００２４】しかして、測定領域３ａに空気等の被測定
流体３を流すことにより、被測定流体３中に存在する微
粒子Ｐも同速度で測定領域３を流れ、３つの焦点を順に
通過する。被測定流体３としては空気や水の他に種々の
流体が考えられ、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐ
は、数μｍ〜数十μｍ程度の微小な異物粒子である。被
測定流体３に微粒子Ｐが存在しない場合には、図示しな
いアトマイザでオイル等の流体微粒子化を行ない、この
微粒子を被測定流体３中に噴霧させてもよい。

【００２５】被測定流体３中に存在する微粒子Ｐが測定
領域３ａを通過し、３つの焦点を順次横切ると、測定領
域３ａに照射されるレーザ光は微粒子Ｐによる散乱作用
を受けて反射する。３つの焦点位置で散乱した散乱（反
射）レーザ光は集光レンズ１５に集められて平行光にさ
れる。この平行レーザ光が干渉フィルタ１８ａ，１８ｂ
を通り、集光レンズ１９ａ，１９ｂにより集光されて光
電変換手段としての半導体受光素子２０ａ，２０ｂに受
光される。干渉フィルタ１８ａ，１８ｂは、散乱レーザ
光の特定波長を選択して透過させるようになっており、
一方の干渉フィルタ１８ａは波長λ1 の散乱レーザ光
を、他方の干渉フィルタ１８ｂは波長λ2の散乱レーザ
光を、それぞれ透過させるようになっている。

【００２６】これらの集光レンズ１５と干渉フィルタ１
８ａ，１８ｂ、集光レンズ１９ａ，１９ｂおよび半導体
受光素子２０ａ，２０ｂを一体的に組み合せて反射光学
系２１が構成される。レーザ流速計１１はこの反射光学
系２１と走査光学系１６とを組み合せて一体化され、小
型でコンパクトな測定光学系２２が構成される。測定光
学系２２は光軸調整不要でメメンテナンスフリーに構成
される。レーザ流速計１１は被測定流体３中に測定領域
３ａが形成される、いわゆる後方散乱方式の半導体レー
ザ流速計である。

【００２７】また、半導体受光素子２０ａ，２０ｂに
は、例えばピンフォトダイオード，アンバランシェフォ
トダイオード等があり、小型の光電変換素子として用い
られる。半導体受光素子２０ａ，２０ｂに入力された散
乱レーザ光はパルス状の電気信号に変換されて信号処理
手段としての信号処理器２３に入力される。信号処理器
２３では、各半導体受光素子２０ａ，２０ｂからのパル
ス状信号出力に基づいて被測定流体３の流れの方向と各
焦点間を通過する微粒子Ｐの時間間隔を測定し、測定さ
れた時間間隔と各焦点間の距離とから微粒子Ｐの流速を
演算処理して求め、微粒子Ｐの流速を被測定流体３の流
速として出力している。

【００２８】具体的には、信号処理器２３で微粒子Ｐが
第１焦点から第２焦点を通過する時間間隔と、この微粒
子Ｐが第２焦点から第３焦点を通過する時間間隔を測定
し、双方の時間間隔が等しいとき、焦点間距離を測定さ
れた時間間隔で割って微粒子の流速が求められる。この
場合、各焦点間距離は予め等しくなるように調整してあ
り、各焦点間距離は所要値に予め設定されている。

【００２９】一方、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐ
が第１焦点から第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒
子が第２焦点から第３焦点を通過する時間間隔が等しく
ない場合、信号データにノイズが入ったとして取り扱
い、流速計算を中止する。この流速計算の中止により、
被測定流体の流速を正確に測定できる。

【００３０】また、半導体レーザ１２ａ，１２ｂからの
レーザ光は、走査光学系１６により被測定流体３の測定
領域３ａに波長λ1 ，λ1 ，λ2 の３つの焦点を独立し
て結ぶように走査され、測定領域３ａに波長λ1 ，λ1
，λ2 のレーザ光による３つの焦点が形成される。

【００３１】今、被測定流体３が測定領域３ａを図２に
おいて下方から上方に流れたとすると、被測定流体３中
の微粒子Ｐにより、一方の半導体受光素子２０ｂから電
気信号が１パルス出力した後、他方の半導体受光素子２
０ａから２パルスの電気信号が出力される。

【００３２】また、被測定流体３が図２において上方か
ら下方に流れたとすると、半導体受光素子２０ａから２
パルスの電気信号が出力された後、半導体受光素子２０
ｂから１パルスの電気信号が出力される。したがって、
各半導体受光素子２０ａ，２０ｂから出力される電気信
号をカウントすれば、被測定流体３の流れの方向を正確
に判別することができる。

【００３３】このレーザ流速計１１においては、小形の
２つの半導体レーザ１２ａ，１２ｂからの出力レーザ光
ｌａ，ｌｂを被測定流体３の測定領域３ａを形成する３
つの焦点として集光させることにより、測定領域３ａに
干渉縞を形成する従来のレーザドップラ流速計より多く
の反射レーザ光量が得られる。これにより、光電変換手
段として小型の光電変換素子である半導体受光素子２０
ａ，２０ｂを用いても、信号処理に充分なＳ／Ｎ比の電
気信号が得られる。

【００３４】また、半導体レーザ１２ａ，１２ｂから半
導体受光素子２０ａ，２０ｂに至る測定光学系２２を光
学的に一体に組み立てることができ、測定流体３の流速
測定に際して光軸調整が不要となり、長寿命で保守が容
易となる。しかも、測定光学系２２は小形の半導体レー
ザ１２ａ，１２ｂや半導体受光素子２０ａ，２０ｂを採
用することにより、例えば直径５０mm，長さ１５０mm程
度の小型でコンパクトなハンディタイプとすることがで
き、機動性が向上する。

【００３５】さらに、レーザ流速計１１を構成する測定
光学系２２は小型でコンパクトに設計されるため、測定
場所への携帯や測定のための設定や他の機器への組付け
が容易となり、被測定流体３の流速のみならず、その流
れ方向も簡単にかつ正確に測定することができる。しか
も、被測定流体３の流れ方向が分かるので、流速の測定
を一層正確に行なうことができる。

【００３６】図３は本発明に係るレーザ流速計の第２実
施形態を示すものである。

【００３７】このレーザ流速計１１Ａは、レーザ装置と
しての２つの半導体レーザ１２ａ，１２ｂの配置を除い
て、図１に示すレーザ流速計１１と構成を基本的に同じ
くするので、同一部品には同じ符号を付して説明を省略
する。

【００３８】図３に示すレーザ流速計１１Ａは図１に示
されたレーザ流速計１１とはレーザ装置を構成する波長
λ1 用の半導体レーザ１２ａと波長λ2 用の半導体レー
ザ１２ｂの配置を交換し、入れ換えたものである。半導
体レーザ１２ａ，１２ｂを図１に示された半導体レーザ
と入れ換えることにより、半導体レーザ１２ａ，１２ｂ
から出力されたレーザ光ｌａ，ｌｂは一方のレーザ光ｌ
ｂが２本のレーザ光ｌｂ1 ，ｌｂ2 に分割され、被測定
流体３の測定領域３ａに図４に示すように、波長λ2 ，
λ2 ，λ1 の３つの焦点を等間隔をおいて持つように絞
られ、集光される。

【００３９】この測定領域３ａに被測定流体３を流すこ
とにより、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐも同速度
で測定領域３ａを流れ、３つの焦点を順に通過する。

【００４０】微粒子Ｐが３つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光ｌｂ1 ，ｌｂ2 ，ｌａを散乱させる。
この散乱レーザ光は反射光学系２１の集光レンズ１５で
平行光にされる。この平行レーザ光は続いて干渉フィル
タ１８ａ，１８ｂにより透過レーザ光の波長λ1 ，λ2
が選択され、集光レンズ１９ａ，１９ｂに集光されて光
電変換手段としての半導体受光素子２０ａ，２０ｂ上に
受光せしめられる。この半導体受光素子２０ａ，２０ｂ
からの電気信号は信号処理手段としての信号処理器２３
に入力され、この信号処理器２３で信号処理される。

【００４１】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域３ａを通
過する微粒子Ｐの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、微粒子Ｐが測定領域３ａの第
１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが
第２焦点と第３焦点を通過する時間間隔を測定し、両時
間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で割っ
て流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦点と第２焦点を通
過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第２焦点と第３焦点を
通過する時間間隔が等しくない場合、信号データにノイ
ズが入ったとして流速計算を中止する。

【００４２】また、レーザ流速計１１Ａは走査光学系１
６により被測定流体３の測定領域３ａに図４に示すよう
に、波長λ2 ，λ2 ，λ1 の３つの焦点を順に独立して
形成しており、この波長λ2 ，λ2 ，λ1 の焦点配置に
より、被測定流体３が図４の下方から上方に流れたとす
ると、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐにより半導体
受光素子２０ａが１パルス電気信号を出力後、半導体受
光素子２０ｂが２パルス出力する。逆に、図４の上方よ
り下方に流れが生じたとすると、半導体受光素子２０ｂ
が２パルス出力後、半導体受光素子２０ａが１パルス出
力することになり、流れ方向が正確に分かる。

【００４３】図５は、本発明に係るレーザ流速計の第３
実施形態を示すものである。

【００４４】このレーザ流速計１１Ｂは、図１に示した
レーザ流速計１１とは走査光学系１６Ａの配置構造を異
にし、他の構成は異ならないので同一符号を付して説明
を省略する。

【００４５】図５に示すレーザ流速計１１Ｂは、走査光
学系１６Ａにレーザ装置として２つの半導体レーザ１２
ａ，１２ｂを備えた点は、図１のレーザ流速計１１と共
通する。しかし、図５のレーザ流速計１１Ｂは波長λ1
用の半導体レーザ１２ａから出力されたレーザ光は、コ
リメータレンズ２０ａを経て平行光束に成形されてビー
ムスプリッタ１４により２つの波長λ1 のレーザ光に等
強度に分割される。そして、分割された２本の波長λ1
のレーザ光ｌａ1 ，ｌｂ2 の間に、波長λ2 用半導体レ
ーザ１２ｂから出力されたレーザ光ｌｂがコリメータレ
ンズ２０ｂを経て出力されるようになっている。各半導
体レーザ１２ａ，１２ｂから出力された３本のレーザ光
ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂは、集光手段としての集光レンズ
１５により集束され、被測定流体３の測定領域３ａに独
立した３つの焦点を等間隔をおいて持つように集光され
る。３つの焦点は、波長λ1 ，λ2 ，λ1 の焦点配置と
なり、各レーザ光の直径は焦点で最小直径まで絞られた
後、また拡大するように走査される。

【００４６】この測定領域３ａに被測定流体３を流すこ
とにより、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐも同じ速
度で測定領域３ａを流れ、３つの焦点を順次通過する。
微粒子Ｐが３つの焦点を通過すると、微粒子Ｐが照射レ
ーザ光ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂを散乱させる。この散乱レ
ーザ光は反射光学系２１の集光レンズ１５で集光されて
平行光にされる。

【００４７】この平行レーザ光は干渉フィルタ１８ａ，
１８ｂにより透過レーザ光の波長λ1 ，λ2 が選択さ
れ、透過された波長λ1 ，λ2 のレーザ光は、集光レン
ズ１９ａ，１９ｂにてさらに集光され、光電変換手段と
しての半導体受光素子２０ａ，２０ｂ上に受光される。
この半導体受光素子２０ａ，２０ｂからの電気信号は、
信号処理手段としての信号処理器２３に入力され、この
信号処理器２３で信号処理される。

【００４８】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域３ａを通過する微粒子Ｐの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、微粒
子Ｐが第１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微
粒子Ｐが第２焦点と第３焦点を通過する時間間隔とを求
め、両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間
隔で割って微粒子の流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦
点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第２
焦点と第３焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、
信号データにノイズが入ったとして流速計算を中止す
る。

【００４９】また、レーザ流速計１１Ｂは走査光学系１
６Ａにより被測定流体３の測定領域３ａに図６に示すよ
うに、波長λ1 ，λ2 ，λ1 の３つの焦点を順に独立し
て形成している。この波長λ1 ，λ2 ，λ1 の焦点配置
により、被測定流体３が図６において下方から上方に流
れたとすると、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐによ
り半導体受光素子２０ａが１パルス出力後、半導体受光
素子２０ｂが１パルス出力し、さらに半導体受光素子２
０ａが前回の１パルス出力より大きな１パルスを出力す
る。図６の上方より下方に流れが生じたとすると、半導
体受光素子２０ａが１パルス出力後、半導体受光素子２
０ｂが１パルス出力し、さらに半導体受光素子２０ａが
前回の１パルス出力より小さな１パルスを出力すること
になり、パルス出力を比較することにより流れ方向が分
かる。

【００５０】図７は、本発明に係るレーザ流速計の第４
実施形態を示すものである。

【００５１】この実施形態に示されたレーザ流速計１１
Ｃは、レーザ装置を構成する２つの半導体レーザの配置
を除いて、図５に示したレーザ流速計１１Ｂと構成を同
じくするので同一部品には同一符号を付して説明を省略
する。

【００５２】図７に示すレーザ流速計１１Ｃは、図５に
示されたレーザ流速計１１Ｂとは波長λ1 用の半導体レ
ーザ１２ａと波長λ2 用の半導体レーザ１２ｂの配置を
交換し、入れ換えたものである。半導体レーザ１２ａ，
１２ｂを図５に示された半導体レーザと入れ換えること
により、各半導体レーザ１２ａ，１２ｂから出力された
レーザ光ｌａ，ｌｂのうち、一方のレーザ光ｌｂが２本
のレーザ光ｌｂ1 ，ｌｂ2 に分割され、３本のレーザ光
１ａ，ｌｂ1 ，ｌｂ2 となって走査光学系１６Ｂに走査
され、集光手段としての集光レンズ１５より、被測定流
体３の測定領域３ａに図８に示すように、波長λ2 ，λ
1 ，λ2 の３つの焦点を等間隔をおいて持つように絞ら
れ、集光される。

【００５３】この測定領域３ａに被測定流体３を流すこ
とにより、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐも同速度
で浮遊状態で測定領域３ａを流れ、３つの焦点を順に通
過する。

【００５４】微粒子Ｐが３つの焦点を順に通過すると
き、照射されるレーザ光ｌｂ1 ，１ａ，ｌｂ2 を順に散
乱させる。この散乱（反射）レーザ光は反射光学系２１
の集光レンズ１５で平行光にされる。この平行レーザ光
は続いて干渉フィルタ１８ａ，１８ｂにより透過レーザ
光の波長λ1 ，λ2 が選択され、集光レンズ１９ａ，１
９ｂに集光されて光電変換手段としての半導体受光素子
２０ａ，２０ｂ上に受光せしめられる。半導体受光素子
２０ａ，２０ｂからの電気信号は信号処理手段としての
信号処理器２３に入力され、この信号処理器２３で信号
処理される。

【００５５】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域３ａを通
過する微粒子Ｐの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、微粒子Ｐが測定領域３ａの第
１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが
第２焦点と第３焦点を通過する時間間隔を測定し、両時
間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で割っ
て微粒子Ｐの流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦点と第
２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第２焦点と
第３焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信号デ
ータにノイズが入ったとして流速計算を中止する。

【００５６】また、レーザ流速計１１Ｃは走査光学系１
６Ｂにより被測定流体３の測定領域３ａに図８に示すよ
うに、波長λ2 ，λ1 ，λ2 の３つの焦点を順に独立し
て形成している。この波長λ2 ，λ1 ，λ2 の焦点配置
により、被測定流体３が図８の下方より上方に流れたと
すると、被測定流体３中に存在する微粒子Ｐにより半導
体受光素子２０ｂが１パルスの電気信号出力後、半導体
受光素子２０ａが１パルス出力し、さらに半導体受光素
子２０ｂが前回の１パルス出力より小さな１パルスを出
力する。図８の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子２０ｂが１パルス出力後、半導体受光素
子２０ａが１パルス出力し、さらに半導体受光素子２０
ｂが前回の１パルス出力より大きな１パルスを出力する
ことになり、出力されたパルス信号の比較により流れの
方向が分かる。

【００５７】図９は、本発明に係るレーザ流速計の第５
実施形態を示すものである。

【００５８】この実施形態に示されたレーザ流速計１１
Ｄは図１に示されたレーザ流速計１１とは走査光学系１
６Ｃの配置構造を基本的に異にし、他の構成は実質的に
異ならないので同一符号を付して説明を省略する。

【００５９】図９に示すレーザ流速計１１Ｄはレーザ装
置として波長の異なる２つの半導体レーザ１２ａ，１２
ｂを用意し、各半導体レーザ１２ａ，１２ｂから出力さ
れるレーザ光の光軸上にコリメータとしてのコリメータ
レンズ１３ａ，１３ｂを２個設けた構成は、図１に示す
レーザ流速計１１と異ならない。図９のレーザ流速計１
１Ｄは各コリメータレンズ１３ａ，１３ｂの出力側にレ
ーザ光を２つのレーザ光に等強度に分割するビームスプ
リッタ１４ａ，１４ｂをそれぞれ設ける。各ビームスプ
リッタ１４ａ，１４ｂの出力側には分割された波長λ1
のレーザ光ｌａ1 ，１ａ2 と波長λ2 のレーザ光ｌｂ1
，１ｂ2 を２本づつ被測定流体３の測定領域３ａに集
光させる集光手段として集光レンズ１５を設けて走査光
学系１６Ｃを構成している。

【００６０】波長λ1 と波長λ2 を２本づつ計４本のレ
ーザ光ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂ1 ，１ｂ2 は走査光学系１
６Ｃの集光レンズ１５により集束され、被測定流体３の
測定領域３ａに４つの焦点を等間隔をおいて有するよう
に集光される。各焦点は図１０に示すように、波長λ1
，λ1 ，λ2 ，λ2 の順に形成される焦点配置を有す
る。４本のレーザ光ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂ1 ，１ｂ2 は
その直径が集光レンズ１５によりレンズ焦点位置で最小
直径まで絞り込まれ、波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，λ2 の４
つの焦点を形成した後、また次第に拡開されるようにな
っている。

【００６１】測定領域３ａに被測定流体３を流すことに
より、被測定流体３中に存在し、浮遊する微粒子Ｐも同
速度で流れ、４つの焦点を順次通過する。微粒子Ｐが４
つの焦点を通過するとき、照射レーザ光ｌａ1 ，ｌａ2
，ｌｂ1 ，１ｂ2 を散乱させる。散乱レーザ光は続い
て反射光学系２１の集光レンズ１５に集められて平行光
にされる。この平行レーザ光は干渉フィルタ１８ａ，１
８ｂの使用により透過光の波長λ1 ，λ2 が選択され、
一方の干渉フィルタ１８ａにより波長λ1 のレーザ光
が、他方の干渉フィルタ１８ｂにより波長λ2 のレーザ
光が選択され、透過される。

【００６２】波長λ1 とλ2 の透過レーザ光は続いて集
光レンズ１９ａ，１９ｂにより集光され、光電変換手段
としての小形の半導体受光素子２０ａ，２０ｂに受光さ
れ、この半導体受光素子２０ａ，２０ｂで電気信号に変
換される。半導体受光素子２０ａ，２０ｂからの電気信
号は、信号処理手段としての信号処理器２３に入力され
て信号処理される。

【００６３】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域３ａを通過する微粒子Ｐの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、被測
定流体３中に存在する微粒子Ｐが第１焦点と第２焦点を
通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第３焦点と第４焦点
を通過する時間間隔とを計測し、両時間間隔が等しい場
合、焦点間距離をこの時間間隔で割って微粒子Ｐの流速
を演算する。微粒子Ｐが第１焦点と第２焦点を通過する
時間間隔とこの微粒子Ｐが第３焦点と第４焦点を通過す
る時間間隔が等しくない場合、信号データにノイズが入
ったとして流速計算を中止する。

【００６４】また、レーザ流速計１１Ｄは走査光学系１
６Ｃにより被測定流体３の測定領域３ａに図１０に示す
ように、波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，λ2 の４つの焦点を順
に独立して等間隔に形成している。この波長λ1 ，λ1
，λ2 ，λ2 の焦点配置により、被測定流体３が図１
０において下方から上方に流れるとすると、被測定流体
３中に存在する微粒子Ｐにより半導体受光素子２０ｂが
２パルス出力後、半導体受光素子２０ａが２パルス出力
する。図１０の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子２０ａが２パルス出力後、半導体受光素
子２０ｂが２パルス出力することになり、被測定流体３
の流れ方向が分かる。

【００６５】このレーザ流速計１１Ｄにおいては、小形
の２つの半導体レーザ１２ａ，１２ｂからの出力レーザ
光ｌａ，ｌｂをそれぞれ分割して被測定流体３の測定領
域３ａを形成する４つの焦点として集光させることによ
り、測定領域に干渉縞を形成する従来のレーザドップラ
流速計より多くの反射レーザ光量が得られる。これによ
り、光電変換手段として小型の半導体受光素子２０ａ，
２０ｂを用いても、信号処理に充分なＳ／Ｎ比の電気信
号が得られる。

【００６６】また、半導体レーザ１２ａ，１２ｂから半
導体受光素子２０ａ，２０ｂに至る測定光学系２２を光
学的に一体に組み立てることができ、測定流体３の流速
測定に際して光軸調整が不要となり、長寿命で保守が容
易となる。しかも、測定光学系２２は小形の半導体レー
ザ１２ａ，１２ｂや半導体受光素子２０ａ，２０ｂを採
用することにより、例えば直径５０mm，長さ１５０mm程
度の小型でコンパクトなハンディタイプとすることがで
き、機動性が向上する。

【００６７】さらに、レーザ流速計１１Ｄを構成する測
定光学系２２は小型でコンパクトに設計されるため、測
定場所への携帯や測定のための設定や他の機器への組付
けが容易となり、被測定流体３の流速のみならず、その
流れ方向も簡単にかつ正確に測定することができる。し
かも、被測定流体３の流れ方向の測定により、流速をよ
り正確に測定できる。

【００６８】図１１は、本発明に係るレーザ流速計の第
６実施形態を示すものである。

【００６９】このレーザ流速計１１Ｅは反射光学系２１
Ａの配置構成を図９に示されたレーザ流速計１１Ｄと異
にし、他の構成は実質的に異ならないので、同一符号を
付して説明を省略する。図１１に示されたレーザ流速計
１１Ｅは、反射光学系２１Ａを構成する２つの干渉フィ
ルタ１８ａ，１８ｂを交換し、入れ換えたものである。
すなわち、波長λ1 のレーザ光を通す一方の干渉フィル
タ１８ａを集光レンズ１９ｂを介して光電変換手段であ
る他方の半導体受光素子２０ｂと組み合せ、波長λ2 用
の他方の干渉フィルタ１８ｂを集光レンズ１９ａを介し
て一方の半導体受光素子２０ａと組み合せたものであ
る。

【００７０】このレーザ流速計１１Ｅにおいて、測定領
域３ａに被測定流体３を流すことにより、被測定流体３
中に存在する微粒子Ｐも同じ速度で測定領域３ａを流
れ、波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，λ2 の４つの焦点を順次通
過する。

【００７１】微粒子Ｐが４つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂ1 ，ｌｂ2 を順
次散乱させる。この散乱レーザ光は反射光学系２１Ａの
集光レンズ１５で平行光にされる。この平行レーザ光は
続いて２つの干渉フィルタ１８ａ，１８ｂにより透過レ
ーザ光の波長が選択される。一方の干渉フィルタ１８
ａ，１８ｂは波長λ1 のレーザ光を、他方の干渉フィル
タ１８ｂは波長λ2 のレーザ光をそれぞれ選択して透過
させる。干渉フィルタ１８ａ，１８ｂにより波長が選択
されて透過されたレーザ光は集光レンズ１９ａ，１９ｂ
により集光され、半導体受光素子２０ａ，２０ｂ上に受
光せしめられる。この半導体受光素子２０ａ，２０ｂか
らの電気信号は信号処理手段としての信号処理器２３に
入力されて信号処理される。

【００７２】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域３ａを通
過する微粒子Ｐの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、測定領域３ａを通る微粒子Ｐ
が第１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子
Ｐが第３焦点と第４焦点を通過する時間間隔を測定し、
両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で
割って微粒子Ｐの流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦点
と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第３焦
点と第４焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信
号データにノイズが入ったとして流速計算を中止する。

【００７３】また、レーザ流速計１１Ｅは走査光学系２
１Ａにより被測定流体３の測定領域３ａに図１２に示す
ように、波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，λ2 の４つの焦点を順
に独立して形成している。波長λ1 ，λ1 ，λ2 ，λ2
の焦点配置により被測定流体３が図１２の下方より上方
に流れたとすると、被測定流体３中の微粒子Ｐにより半
導体受光素子２０ａが２パルス出力後、半導体受光素子
２０ｂが２パルス出力する。図１２の上方より下方に流
れが生じたとすると、半導体受光素子２０ｂが２パルス
出力後、半導体受光素子２０ａが２パルス出力すること
になり、微粒子Ｐの流れ方向、ひいては被測定流体３の
流れ方向が分かる。

【００７４】図１３は、本発明に係るレーザ流速計の第
７実施形態を示したものである。

【００７５】この実施形態に示されたレーザ流速計１１
Ｆは、走査光学系１６Ｄの２つのコリメータレンズ１３
ａ，１３ｂの出力側に２つのビームスプリッタ２４ａ，
２４ｂをそれぞれ配置し、各ビームスプリッタ２４ａ，
２４ｂで等強度に分割された各２本のレーザ光ｌａ1 ，
ｌａ2 ，ｌｂ1 ，ｌｂ2 の一方を互いに交差させ、集光
手段としての集光レンズ１５により集光される４つの焦
点を波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の焦点配置としてい
る。他の構成は、図９に示されたレーザ流速計１１Ｄと
異ならないので、同一符号を付して説明を省略する。

【００７６】このレーザ流速計１１Ｆは走査光学系１６
Ｄを構成するビームスプリッタ２４ａ，２４ｂと集光レ
ンズ１５とを組み合せて被測定流体３の測定領域３ａに
４つの焦点を波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の順に形成し
ている。測定領域３ａに形成される４つの焦点は図１４
に示すように焦点距離が等しく、波長λ1 ，λ2 ，λ1
，λ2 の焦点配置とされ、照射レーザ光の直径は集光
レンズ１５により４つの焦点で最小直径まで絞られた
後、再び拡大するようになっている。

【００７７】この測定領域３ａに被測定流体３を流すこ
とにより、測定流体３中に存在する微粒子Ｐも同じ速度
で測定領域３ａを流れ、４つの焦点を順に通過する。微
粒子Ｐが４つの焦点通過すると、微粒子Ｐが照射レーザ
光ｌａ1 ，ｌａ2 ，ｌｂ1 ，ｌｂ2 を散乱させる。この
散乱レーザ光は反射光学系２１の集光レンズ１５で集光
されて平行光にされる。

【００７８】この平行レーザ光は干渉フィルタ１８ａ，
１８ｂにより透過レーザ光の波長λ1 ，λ2 が選択さ
れ、透過された波長λ1 ，λ2 のレーザ光は、集光レン
ズ１９ａ，１９ｂにてさらに集光され、光電変換手段と
しての小型の半導体受光素子２０ａ，２０ｂ上に受光さ
れる。この半導体受光素子２０ａ，２０ｂからの電気信
号は、信号処理手段としての信号処理器２３に入力さ
れ、この信号処理器２３で信号処理される。

【００７９】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域３ａを通過する微粒子Ｐの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、微粒
子Ｐが第１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微
粒子Ｐが第３焦点と第４焦点を通過する時間間隔とを求
め、両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間
隔で割って微粒子の流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦
点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第３
焦点と第４焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、
信号データにノイズが入ったとして流速計算を中止す
る。

【００８０】また、レーザ流速計１１Ｆは走査光学系１
６Ｄにより被測定流体３の測定領域３ａに図１４に示す
ように、波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の４つの焦点を順
に独立して形成している。この波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，
λ2 の焦点配置により、被測定流体３が図１４において
下方から上方に流れたとすると、被測定流体３中に存在
する微粒子Ｐにより半導体受光素子２０ｂが１パルス出
力後、半導体受光素子２０ａが１パルス出力し、さらに
半導体受光素子２０ｂが前回の半導体受光素子２０ｂの
１パルス出力より小さい１パルス出力後、半導体受光素
子２０ａが前回の１パルス出力より大きい１パルスを出
する。図１４の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子２０ａが１パルス出力後、半導体受光素
子２０ｂが１パルス出力し、さらに半導体受光素子２０
ａが前回の１パルス出力より小さな１パルス出力後、半
導体受光素子２０ｂが前回の１パルス出力より大きい１
パルス出力をすることになり、パルス出力を比較するこ
とにより流れ方向が分かる。

【００８１】図１５は本発明に係るレーザ流速計の第８
実施形態を示すものである。

【００８２】この実施形態に示されたレーザ流速計１１
Ｇは、反射光学系２１Ａの配置構成を図１３に示された
配置構成と異にしたものである。他の構成は、図１３に
示されたレーザ流速計１１Ｆと異ならないので同一符号
を付して説明を省略する。図１５に示されたレーザ流速
計１１Ｇは反射光学系２１Ａを構成する２つの干渉フィ
ルタ１８ａ，１８ｂの配置を図１３に示されたレーザ流
速計１１Ｆと逆にし、２つの干渉フィルタ１８ａ，１８
ｂを入れ換えたものである。

【００８３】すなわち、波長λ1 のレーザ光を通す一方
の干渉フィルタ１８ａは集光レンズ１９ｂを介して他方
の半導体受光素子２０ｂと組み合せ、波長λ2 用の他方
の干渉フィルタ１８ｂは集光レンズ１９ａを介して一方
の半導体受光素子２０ａと組み合せたものである。

【００８４】このレーザ流速計１１Ｇは、測定領域３ａ
に被測定流体３を流すことにより、被測定流体３中に存
在する微粒子Ｐも同じ速度で測定領域３ａを流れ、波長
λ1，λ2 ，λ1 ，λ2 の４つの焦点を順次通過する。

【００８５】微粒子Ｐが４つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光ｌａ1 ，ｌｂ1 ，ｌａ2 ，ｌｂ2 を順
次散乱させる。この散乱レーザ光は反射光学系２１Ａの
集光レンズ１５で平行光にされる。この平行レーザ光は
続いて２つの干渉フィルタ１８ａ，１８ｂにより透過レ
ーザ光の波長が選択される。一方の干渉フィルタ１８
ａ，１８ｂは波長λ1 のレーザ光を、他方の干渉フィル
タ１８ｂは波長λ2 のレーザ光をそれぞれ選択して透過
させる。干渉フィルタ１８ａ，１８ｂにより波長が選択
されて透過されたレーザ光は集光レンズ１９ａ，１９ｂ
により集光され、半導体受光素子２０ａ，２０ｂ上に受
光せしめられる。この半導体受光素子２０ａ，２０ｂか
らの電気信号は信号処理手段としての信号処理器２３に
入力されて信号処理される。

【００８６】信号処理器２３には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域３ａを通
過する微粒子Ｐの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、測定領域３ａを通る微粒子Ｐ
が第１焦点と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子
Ｐが第３焦点と第４焦点を通過する時間間隔を測定し、
両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で
割って微粒子Ｐの流速を演算する。微粒子Ｐが第１焦点
と第２焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Ｐが第３焦
点と第４焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信
号データにノイズが入ったとして流速計算を中止する。

【００８７】また、レーザ流速計１１Ｇは走査光学系１
６Ｄにより被測定流体３の測定領域３ａに図１６に示す
ように、波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の４つの焦点を順
に独立して形成している。波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2
の焦点配置により被測定流体３が図１６の下方より上方
に流れたとすると、被測定流体３中の微粒子Ｐにより半
導体受光素子２０ａが１パルス出力後、半導体受光素子
２０ｂが１パルス出力し、さらに、半導体受光素子２０
ａが前回の１パルス出力より大きい１パルス出力後、半
導体受光素子２０ｂが前回の１パルス出力より小さい１
パルスを出力する。図１６の上方より下方に流れが生じ
たとすると、半導体受光素子２０ｂが１パルス出力後、
半導体受光素子２０ａが１パルス出力し、さらに、半導
体受光素子２０ｂが前回の１パルス出力より大きい１パ
ルス出力後、半導体受光素子２０ａが前回の１パルス出
力より小さい１パルスを出力することになり、微粒子Ｐ
の流れ方向、ひいては被測定流体３の流れ方向が分か
る。

【００８８】なお、本発明に係るレーザ流速計の各実施
形態においては、走査光学系のコリメータとして透過型
コリメータを用いた例を示したが、反射型コリメータを
採用してもよい。反射型コリメータを採用した場合に
は、この採用に応じて走査光学系のレイアウトの変更が
なされる。

【００８９】また、本発明に係るレーザ流速計において
はレーザ光源として小形の半導体レーザを、光電変換手
段として小形の半導体受光素子を用いた例を示したが、
レーザ光源として半導体レーザ以外のガスレーザ等のレ
ーザ装置を使用し、また、光電変換手段として増幅率の
大きな光電子増倍管等の光電変換素子を用いてもよい。
半導体レーザ以外のレーザ装置や光電変換素子を用いた
場合には、測定光学系が大形化するが、レーザ装置に波
長の異なる２つのレーザ光を出力させ、この出力レーザ
光を図１ないし図１６に示した測定光学系と同様な光学
系でレーザ光を走査し、信号処理することで、被測定流
体の流速だけでなく、流れの方向も測定することがで
き、流速の測定をより一層正確に行なうことができる。

【００９０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係るレー
ザ流速計は、後方散乱方式を採用し、レーザ光源に波長
の異なる２つの半導体レーザを用い、半導体レーザから
出力されるレーザ光のうち少なくとも一方をビームスプ
リッタで分割し、集光手段により被測定流体の測定領域
に少なくとも３つの焦点として集光させ、少なくとも３
つの焦点からの散乱レーザ光を光電変換手段で受光して
電気信号を出力し、この電気信号を信号処理手段で信号
処理させたので、充分に多くの反射（散乱）光量が得ら
れ、被測定流体の流速測定が可能になると同時に、被測
定流体の流れの方向も測定することができ、流速測定の
正確性を向上させることができる。

【００９１】また、このレーザ流速計は小形の半導体レ
ーザを用い、半導体レーザから光電変換手段に至る測定
光学系を後方散乱方式に一体化することができ、測定に
際して光軸調整が不要となり、メンテナンスフリーで長
寿命化を図ることができる一方、小型・コンパクト化が
図れ、機動性が向上し、測定場所への携帯および測定の
ための設定、他の装置への組込みが容易となり、被測定
流体の流速測定やその流れ方向の測定を正確かつ容易に
行なうことができる。

【００９２】さらに、このレーザ光に半導体レーザ以外
のレーザ装置をレーザ光源として使用した場合には、レ
ーザ出力をアップさせてより多くの反射光量が得られ、
被測定流体の流速のみならず流れの方向を確実にかつ正
確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ流速計の第１実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。

【図２】図１に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。

【図３】本発明に係るレーザ流速計の第２実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。

【図４】図３に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。

【図５】本発明に係るレーザ流速計の第３実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。

【図６】図５に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。

【図７】本発明に係るレーザ流速計の第４実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。

【図８】図７に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。

【図９】本発明に係るレーザ流速計の第５実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。

【図１０】図９に示された被測定流体の測定領域を示す
拡大図。

【図１１】本発明に係るレーザ流速計の第６実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。

【図１２】図１１に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。

【図１３】本発明に係るレーザ流速計の第７実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。

【図１４】図１３に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。

【図１５】本発明に係るレーザ流速計の第８実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。

【図１６】図１５に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。

【図１７】従来のレーザ流速計を示す概略構成図。

【図１８】従来のレーザ流速計における被測定流体の測
定領域を示す拡大図。

【符号の説明】

３被測定流体３ａ測定領域１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１
Ｆ，１１Ｇレーザ流速計１２ａ，１２ｂ半導体レーザ１３ａ，１３ｂコリメータレンズ（コリメータ）１４，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂビームスプリ
ッタ１５集光レンズ（集光手段）１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ走査光学系１８ａ，１８ｂ干渉フィルタ１９ａ，１９ｂ集光レンズ２０ａ，２０ｂ半導体受光素子２１，２１Ａ反射光学系２２測定光学系２３信号処理器（信号処理手段）Ｐ微粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として
出力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光
を出力する２つの半導体レーザと、上記半導体レーザか
ら出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束
のレーザ光を形成するコリメータと、平行光束のレーザ
光の一方を２本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、分割された２本のレーザ光と他方のレーザ光を、被
測定流体の測定領域に少なくとも３つの焦点として集光
させる集光手段と、前記測定領域の各焦点からの散乱レ
ーザ光を受光して電気信号を出力する光電変換手段と、
この光電変換手段からの信号出力に基づいて微粒子の流
れ方向および信号の時間間隔を測定し、測定された時間
間隔と前記各焦点間距離とから微粒子の流速を演算処理
する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段で測定・
処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定流体の流れ
方向および流速として設定したことを特徴とするレーザ
流速計。
【請求項２】ビームスプリッタは、半導体レーザから
出力される波長λ1，λ2 のレーザ光の一方を分割し、
分割されたレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束
させ、被測定流体の測定領域にλ1 ，λ1 ，λ2 または
波長λ2 ，λ2 ，λ1 の３つの焦点として集光させ、こ
れら３つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介
して光電変換手段に受光させた請求項１に記載のレーザ
流速計。
【請求項３】ビームスプリッタは、半導体レーザから
出力される波長λ1，λ2 のレーザ光の一方を分割し、
分割されたレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束
させ、被測定流体の測定領域にλ1 ，λ2 ，λ1 または
波長λ2 ，λ1 ，λ2 の３つの焦点として集光させ、こ
れら３つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介
して光電変換手段に受光させた請求項１に記載のレーザ
流速計。
【請求項４】レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として
出力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光
を出力する２つの半導体レーザと、上記半導体レーザか
ら出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束
のレーザ光を形成するコリメータと、平行光束の各レー
ザ光をそれぞれ２本のレーザ光に分割するビームスプリ
ッタと、分割された４本のレーザ光を被測定流体の測定
領域に４つの焦点として集光させる集光手段と、前記測
定領域の４つの焦点からの散乱レーザ光を受光して電気
信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段から
の信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および信号の
時間間隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間距離
とから微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを備
え、上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ
方向と流速を被測定流体の流れ方向および流速として設
定したことを特徴とするレーザ流速計。
【請求項５】ビームスプリッタは、一方の半導体レー
ザから出力される波長λ1 のレーザ光を分割する第１ビ
ームスプリッタと、他方の半導体レーザから出力される
波長λ2 のレーザ光を分割する第２ビームスプリッタと
を有し、上記両ビームスプリッタで分割されたレーザ光
を集光手段により、被測定流体の測定領域に波長λ1 ，
λ1 ，λ2 ，λ2 または波長λ1 ，λ2 ，λ1 ，λ2 の
４つの焦点として集光させ、これら４つの焦点からの散
乱レーザ光を干渉フィルタを介して波長λ1 ，波長λ2
の２つの光電変換手段に受光させた請求項４記載のレー
ザ流速計。
【請求項６】レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
の速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度とし
て出力するレーザ流速計において、波長の異なる少なく
とも２本のレーザ光を出力するレーザ装置と、このレー
ザ装置から出力されたレーザ光のうち、少なくとも一方
のレーザ光を２本のレーザ光に分割するビームスプリッ
タと、このビームスプリッタで分割されたレーザ光およ
び他方のレーザ光を被測定流体の測定領域に少なくとも
３つの焦点として集光させる集光手段と、前記測定領域
の各焦点を通る微粒子からの散乱レーザ光を受光して電
気信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段か
らの信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および時間
間隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間の距離と
から微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを有
し、上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ
方向と流速を被測定流体の流れ方向と流速として設定し
たことを特徴とするレーザ流速計。