JPS5965259A - レ−ザドツプラ速度計 - 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】 （発明の分野） 本発明は移動中の物体にコヒーレントな光をあて、その
散乱光のトンシラジフトを検知することによって物体の
速度を計測するレーザビーム０う速度計に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、レーザドツプラ速度計としては、２本のレーザビ
ームを物体に照射して物体上に干渉縞を形成し、この干
渉縞上を物体が横ぎる際の明暗変動を検出して物体の速
度を計測するもの、およびレーザビームを集束して物体
に照射しトンシラシフトを受けた反射光とドツプラシフ
トを受けていない基準の参照光とを混合検波して物体の
速度を計測するものが知られている。

第１図はこのような従来形の１例を示す。同図のレーザ
ドツプラ速度計は本出願人が特願昭５７−１０９７８１
号をもって出願したものである。

同図の速度計は、コヒーレントな光を発生する光源とし
てのレーザ装置１、レーデ装置１からの光を幅広の平行
光線にするだめのコリメータレンズ系２、ハーフミラ−
３、レンズ４、光ファイバ等によって構成される光導波
路５および６、各光導波路５および６からの光を混合し
て他の光導波路８に送出する光結合器７、光導波路８か
らの光を光電変換する受光器９、例えばスペクトラムア
ナライザのような信号解析装置１０および出力装置１】
を具備する。各光導波路５および６の入力端５ａおよび
６ａはレンズ４の焦点面１５すなわちフーリエ変換面上
に光軸１２に対して対称の位置に取り付けられている。

また、計測対象物１３は例えば紙あるいは鉄板等であり
、レンズ４の光軸１２に対して一定角度例えば直角方向
に移動するようにされる。

上述の構成において、レーザ装置１からのコヒーレント
な光はコリメータレンズ系２によって幅広の平行光線に
変換され、・・−フミラー３によって反射されて計測対
象物１３に照射される。計測対象物１３からの反射散乱
光１４は・・−フミラー３を透過しレンズ４によって焦
点面１５上に集束される。この場合、計測対象物１３か
らの散乱光のうち光軸１２に対して同一角度で反射され
る光即ち平行な光線はすべて焦点面１５上の１点に集束
される。従って、各光導波路５および６の入力端５ａお
・よび６ａにはそれぞれ計測対象物１３からそれぞれ相
異なる一定角度で反射されてきた散乱光が集束される。

寸た、各人力１ｉ５５ａおよび６ａに入射される光は計
測対象物１３の移動によるドツプラーシフトを受けその
周波数が変化する。このト、フ０ラー／フトによる周波
数変化は計測対象物１３からの散乱光が光軸１２となす
角度をθとし、計測対象物１３の移動速度をυとすると
ｖｓｉｎθに比例する。従って、各入力端５ａおよび６
ａの位置を固定しておくことによって、計測対象物１３
からこれらの入力端５ａおよび６ａに入力される散乱光
の光軸１２に対する角度は一定となるから、これらの各
入力端５ａおよび６ａに入力される光のドツプラージフ
ト量は計測対象物１３の速度υに比例する。各入力端５
ａおよび６ａに入射されたこのような光は各々光導波路
５および６を介して光結合器７に入力され混合された後
、他の光導波路８を介して受光器９に入力される。受光
器９においては、例えばフォトダイオード等によって入
力された光を２乗検波して電気信号に変換するとともに
、この入力光を構成するわずかに波長の異なるコヒーレ
ントな光をヘテロダイン検波する。

受光器９からの信号は信号解析装置１０に入力されて焦
点面１５上の各入力光５ａおよび６ａに入力された光の
周波数差に対応する信号に変換され、この信号は出力装
置１１において所定の定数が掛算されることによって計
測対象物１３の移動速度τに対応する信号とされる。

しかしながら、かかる速度計では、受光器９からの出力
信号に混合してペデスタル成分と呼ばれる直流的変動分
の信号が検出される。この直流的変動成分（以下ペデス
タル成分と呼ぶ）は計測対象物の平均的明るさの変化に
よシ発生するもので、ドツプラ信号をこの変化により変
調する。そこで、従来は低周波力、トフイルりを使用す
ることによｈ　、　　Ｏデスタル成分を除去し、ドツプ
ラ信号の解析に支障を来たさないようにすることが行な
われている。しかし、計測対象物の速度が遅く、ドツプ
ラ周波数が低い場合、ペデスタル成分の周波数との差が
ないため、カットフィルタが使えず、計測対象物の速度
を検出できないという不都合がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、前述の従来形における問題点に鑑み、
計測対象物の速度が遅い場合にも確実に速度を検出でき
るレーザドツプラ速度計を提供することにちる。

（発明の構成および効果） 本発明は、計測対象物からの散乱光全集光し＼レンズの
焦点面の光軸上に１本の光導波手段を設け、光軸に対称
に２本の光導波手段を設けて、後者の出力を混合しヘテ
ロゲイン検波した信号から前者の信号を引くことによシ
ー？デスタル成分を除去するという（腎想に基づくもの
で、このため、計測対象物の速度が遅い場合にも被デス
タル成分に影響されることなく計測対象物の速度を確実
に測定することができる。

（実施例の説明） 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、従来形と共通または対応する部分については同一
の符号で表わす。

第２図は本発明の１実施例に係るレーザドツプラ速度計
の概略の構成を示す。同図において、１はレーザ装置、
２はコリメータレンズ系、３はノ・−フミラー、４はレ
ンズ、５および６は光ファイバ等によって構成された光
導波路であり、これら光導波路５および６の入力端５ａ
および６ａはレンズ４の焦点を含む面１５に、光軸１２
に対して対称に取り付けられている。７は光導波路５お
よび６からの光を混合して光導波路８に送出する結合器
、９は光導波路８からの元金光電変換する受光器であシ
、この受光器９によシベデスタル成分を含んだドツプラ
信号を検出する。１６はレンズ４の焦点面でかつ光軸上
にその入力端１６ａを取シ付けた光導波路であシ、この
光導波路１６は受光器１７に接続されている。この受光
器１７の出力はドツプラシフトされていない信号である
ので−２７′スタル成分のみが検出される。１８は上記
受光器９および１７の信号が入力される差動増幅器であ
シ、これは２つの信号を差動増幅して、その信号を信号
解析装置１０および出力族Ｗ１１に入力させるものであ
る。

次に本発明の作用を第３図および第４図の波形図により
説明する。

光導波路５および６の入力端５ａおよび６ａで検出され
た信号は受光器９に混合されて入力される。この受光器
９からの出力電流には第３図（ａ）の点線で示すような
ペデスタル成分が含まれている。

第３図（ａ）　ｋス被りトルで表わすと第３図（ｂ）の
ような信号強度となり、ペデスタル成分が点線で示すよ
うに表われる。

一方、光導波路１６の入力端１６ａで検出された信号は
受光器１７に入力される。この受光器１７の出力はドツ
プラシフトされてい々い信号であるので、ペデスタル成
分のみが検出され、第３図（ａ）（ｂ）の点線と同じ信
号が得られる。

そして、受光器９および１７の信号を差動増幅器１８に
よシ差動増幅すれば第４図（ａ）　（ｂ）のようなペデ
スタル成分を含まない信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のレーザドツプラ速度計の構成を示す概
略図、第２図は本発明の１実施例に係るレーザドツプラ
速度計の構成を示す概略図、第３図（ａ）　（ｂ）は第
２、第３の光導波手段の検出信号が入力される受光器の
出力電流波形および信号強度波形企示す波形図、第４図
（ａ）　（ｂ）は差動増幅器の出力電流波形および信号
強度波形を示す波形図である。 １・・・レーザ装置、２・・・コリメータレンズ系、３
・・・ハーフミラ−１４・・・レンズ、５，６．８．１
６・・・光導波路、７・・・光結合器、９．１７・・・
受光器、１０・・・信号解析装置、１１・・・出力装置
、１２・・・光軸、１３・・・計測対象物、１４・・・
散乱光、１５・・・焦点面、１８・・・差動増幅器。 −３： 第３図 ′３４図 （０） （ｂ） （１）） ３３５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コヒーレント光源と、このコヒーレント光源からの出射
   光を広げ計測対象物に平面波で入射させる光学系と、前
   記計測対象物からの散乱光を集光するレンズと、このレ
   ンズの焦点面でかつ光軸上にその入力端を取り付けた第
   １の光導波手段と、前記焦点面に光軸に対して対称に取
   り付けた第２゜第３の光導波手段と、前記第１の光導波
   手段からの出力光を受光する第１の受光装置と、前記第
   ２および第３の光導波手段の出力光を混合してヘテロダ
   イン検波する第２の受光装置と、前記第１および第２の
   受光装置の出力を差動増幅する差動増幅回路と、前記差
   動増幅回路の周波数または周期を測定する信号解析装置
   を備えたことを特徴とするレーザドツプラ速度計。