JPS60196673A - レ−ザスペツクル速度計 - Google Patents
レ−ザスペツクル速度計Info
- Publication number
- JPS60196673A JPS60196673A JP5404284A JP5404284A JPS60196673A JP S60196673 A JPS60196673 A JP S60196673A JP 5404284 A JP5404284 A JP 5404284A JP 5404284 A JP5404284 A JP 5404284A JP S60196673 A JPS60196673 A JP S60196673A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speckle pattern
- measured
- autocorrelation
- laser
- speckle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）発明の分野゛
この発明は、移動する連続固体物体を対象に、非接触で
速度を測定する場合等に使用されるレーザスペックル速
度計に関する。
速度を測定する場合等に使用されるレーザスペックル速
度計に関する。
（０）従来技術とその問題点
一般に、物体にレーザ光を照射すると、物体を透過又は
反射された光は拡散光となり、空間に広がる。そして、
この拡散光ばレーザ光のコヒーレンス性により明暗の鮮
明なスペックルパターンを呈するし、対象物体が移動す
るとスペックルパターンも同時に移動または変形する。
反射された光は拡散光となり、空間に広がる。そして、
この拡散光ばレーザ光のコヒーレンス性により明暗の鮮
明なスペックルパターンを呈するし、対象物体が移動す
るとスペックルパターンも同時に移動または変形する。
この性質を応用して移動物体の速度を測定する方法が、
雑誌「レーザ研究」 （レーザ学会刊行）第８巻・第２
号（昭和５５年３月）の第３７頁から第４５頁まで、及
び同誌第８巻・第３号（昭和５５年５月）の第３頁から
第１０頁までに記載されている。
雑誌「レーザ研究」 （レーザ学会刊行）第８巻・第２
号（昭和５５年３月）の第３７頁から第４５頁まで、及
び同誌第８巻・第３号（昭和５５年５月）の第３頁から
第１０頁までに記載されている。
この記載によれば、第１図に示すように、レーザビーム
光１を移動している物体２に照射し、その透過光を有限
開口３を経て受光素子４で受光し、スペックルパターン
を空間積分し、その出力信号の自己相関関数Ｔ（τ）を ｒ （ｔ）＝ｅｘｐ （−ｒ２／ｒｃ２）＝ （１）で
表すと、自己相関長τＣと移動物体の速度Ｖには次式の
相関がある。
光１を移動している物体２に照射し、その透過光を有限
開口３を経て受光素子４で受光し、スペックルパターン
を空間積分し、その出力信号の自己相関関数Ｔ（τ）を ｒ （ｔ）＝ｅｘｐ （−ｒ２／ｒｃ２）＝ （１）で
表すと、自己相関長τＣと移動物体の速度Ｖには次式の
相関がある。
ａ−Ｒ／ｐ。１ °−゛（２）
ただし
ω＝照明領域半径、ΔＸ：スペ、クルザイズ、ρ：照明
光曲率、 ｄ：開口径、 Ｒ：対象物体から受光素子までの距離。
光曲率、 ｄ：開口径、 Ｒ：対象物体から受光素子までの距離。
ここでω、Δｘ８ρ、Ｒは光学系が決まれば一定となる
ものである。したがって自己相関シτＣをめれば、移動
物体の速度が測定できることがわかる。
ものである。したがって自己相関シτＣをめれば、移動
物体の速度が測定できることがわかる。
この自己相関法による速度測定方法は、被測定物体の移
動方向の影響を受けない。低速レンジの計測で精度が向
上する等利点があるが、それでも上記雑誌記載の相関法
による速度測定方法は、単一の受光系、信号処理部を想
定した原理的なものであり、さらに高精度な測定をなす
には限界があった。
動方向の影響を受けない。低速レンジの計測で精度が向
上する等利点があるが、それでも上記雑誌記載の相関法
による速度測定方法は、単一の受光系、信号処理部を想
定した原理的なものであり、さらに高精度な測定をなす
には限界があった。
（ハ）発明の目的
上記に鑑み、この発明の目的は、自己相関法の長所を生
かし、かつ高精度の、あるいは短時間で測定可能なレー
ザスペックル速度計を提供することである。
かし、かつ高精度の、あるいは短時間で測定可能なレー
ザスペックル速度計を提供することである。
（ニ）発明の構成と効果
上記目的を達成するために、この発明のレーザスペック
ル速度計は、コヒーレント光を発生する光源と、この光
源よりのコヒーレント光を移動する被測定物体に照射す
る光学系と、被測定物体で拡散反射されて生ずるスペッ
クルパターンの変化を電気信号に変換するために並置さ
れる複数個の光電変換素子と、これら光電変換素子より
の出力信号を受けて各々スペックルパターンの自己相関
長をめる複数の自己相関長算出手段と、算出された複数
の自己相関長に基づいて被測定物体の移動速度を算出す
る手段とから構成されている。
ル速度計は、コヒーレント光を発生する光源と、この光
源よりのコヒーレント光を移動する被測定物体に照射す
る光学系と、被測定物体で拡散反射されて生ずるスペッ
クルパターンの変化を電気信号に変換するために並置さ
れる複数個の光電変換素子と、これら光電変換素子より
の出力信号を受けて各々スペックルパターンの自己相関
長をめる複数の自己相関長算出手段と、算出された複数
の自己相関長に基づいて被測定物体の移動速度を算出す
る手段とから構成されている。
この発明のし〜ザスペソクル速度計によれば、スペック
ルパターンを電気信号に変換する光電変換素子が複数個
並設され、さらに各々のスペックルパターンの自己相関
長をめる複数の自己相関長算出手段が設けられ、算出さ
れた複数の自己相関長に基づいて被測定物体の移動速度
を算出するものであるから、単に１系統の自己相関長算
出手段が設けられる場合に比し、同程度の精度を得るに
は測定時間が短くなるし、同程度の測定時間をかりると
なると、はるかに精度の良い測定を行うことができる。
ルパターンを電気信号に変換する光電変換素子が複数個
並設され、さらに各々のスペックルパターンの自己相関
長をめる複数の自己相関長算出手段が設けられ、算出さ
れた複数の自己相関長に基づいて被測定物体の移動速度
を算出するものであるから、単に１系統の自己相関長算
出手段が設けられる場合に比し、同程度の精度を得るに
は測定時間が短くなるし、同程度の測定時間をかりると
なると、はるかに精度の良い測定を行うことができる。
（ボ）実施例の説明
以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。
。
第２図は、この発明の１実施例を示すレーザスペックル
速度計の概略図である。同図において、１０はレーザビ
ーム光を発生するレーザダイオードであり、温度条件を
一定にして安定なレーザ発振を行わせるための温度制御
ブロック１１に実装されている。温度制御ブロック１１
に、吸発熱にヨリレーザダイオード１ｏの周囲温度を一
定に保つペルチェ素子が設けられている。１２はレーザ
ダイオード１０の周囲温度を検出する温度センサ、１３
は温度制御回路である。温度制御回路１３は、温度セン
サ１２により検出される温度に応して温度制御ブロック
１１内のペルチェ素子の吸発熱を制御し、レーザダイオ
ード１ｏの周囲温度を一定に保つようになっている。
速度計の概略図である。同図において、１０はレーザビ
ーム光を発生するレーザダイオードであり、温度条件を
一定にして安定なレーザ発振を行わせるための温度制御
ブロック１１に実装されている。温度制御ブロック１１
に、吸発熱にヨリレーザダイオード１ｏの周囲温度を一
定に保つペルチェ素子が設けられている。１２はレーザ
ダイオード１０の周囲温度を検出する温度センサ、１３
は温度制御回路である。温度制御回路１３は、温度セン
サ１２により検出される温度に応して温度制御ブロック
１１内のペルチェ素子の吸発熱を制御し、レーザダイオ
ード１ｏの周囲温度を一定に保つようになっている。
１４−レーザダイオード１ｏの発光強度を安定化するた
めの自動パワー制御（ＡＰＣ）回路である。
めの自動パワー制御（ＡＰＣ）回路である。
１５はコリメートレンズ、１６は被測定物体である。移
動する岐測定物体１６にレーザダイオード１０よりのコ
ヒーレント光が照射されると、被測定物体１６の表面か
ら拡散反射光がスペックルパターンを形成して出力され
るようになっている。
動する岐測定物体１６にレーザダイオード１０よりのコ
ヒーレント光が照射されると、被測定物体１６の表面か
ら拡散反射光がスペックルパターンを形成して出力され
るようになっている。
１７ａ１７ｂ１７ｃ１７ｄば並設されるホトダイオード
であって、それぞれ受光されるスペックルパターンを電
気信号に変換する。これらホトダイオード１７ａ−１７
ｂ１７ｃ１７ｄで電気信号に変換されたスペックルパタ
ーンのゆらぎ信号は、信号処理部１８に与えられるよう
になっている。
であって、それぞれ受光されるスペックルパターンを電
気信号に変換する。これらホトダイオード１７ａ−１７
ｂ１７ｃ１７ｄで電気信号に変換されたスペックルパタ
ーンのゆらぎ信号は、信号処理部１８に与えられるよう
になっている。
信号処理部１８は、第３図に示すように、ボトダイオー
ド１７ａ−１７ｂ１７ｃ１７ｄに対応する入力端子２０
ａ、２０ｂ、２０Ｃ１２０ｄと、自己相関量検出Ｐ、Ｉ
Ｉ ２１ ａ、２１ｂ、２１Ｃ１２１ｄ及び出力回路２
２とから構成されている。
ド１７ａ−１７ｂ１７ｃ１７ｄに対応する入力端子２０
ａ、２０ｂ、２０Ｃ１２０ｄと、自己相関量検出Ｐ、Ｉ
Ｉ ２１ ａ、２１ｂ、２１Ｃ１２１ｄ及び出力回路２
２とから構成されている。
また自己相関量検出部２１ａは、サンプル・アンド・ホ
ールド（Ｓ ／ Ｈ）回路２３ａ、Ａ／Ｄ変換器２４ａ
、ＣＰＵ （中央処理装置）２５ａとから構成されてお
り、ＣＰＵ２５ａにはマイクロプロセツサや波形データ
記憶用メモリなどを含んでいる。他の３ （ｆｌｉｔの
自己相関量検出部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄも自己相関量
検出部２１ａと同様に構成されている。
ールド（Ｓ ／ Ｈ）回路２３ａ、Ａ／Ｄ変換器２４ａ
、ＣＰＵ （中央処理装置）２５ａとから構成されてお
り、ＣＰＵ２５ａにはマイクロプロセツサや波形データ
記憶用メモリなどを含んでいる。他の３ （ｆｌｉｔの
自己相関量検出部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄも自己相関量
検出部２１ａと同様に構成されている。
次に、以」二のように構成されるレーザスペックル速度
計の動作について説明する。
計の動作について説明する。
電源がオンされると、レーザダイオード１０よりコヒー
レン１−〈レーザ）光が出力されるが、温度制御ブロッ
ク１１によって温度が一定に保持され、かつまた自動パ
ワー制御回路１４でパワー制御がなされるので、當に安
定したコヒーレント光が出力される。
レン１−〈レーザ）光が出力されるが、温度制御ブロッ
ク１１によって温度が一定に保持され、かつまた自動パ
ワー制御回路１４でパワー制御がなされるので、當に安
定したコヒーレント光が出力される。
レーザダイオード１０からのコヒーレント光は、コリメ
ートレンズ１５を介して移動中の被測定物体１６の表面
に照射される。被測定物体１６の表面から生じた拡散反
射光はスペックルパターンを形成し、その一部がホトダ
イオード１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄに受光される
。そして、ホトダイオード１７ ａ −１７−ｂ ・１
７ ｃ ・１７ ｄによりスペックルパターンの光強度
分布が電気信号に変換され、信号処理部１８に入力され
る。
ートレンズ１５を介して移動中の被測定物体１６の表面
に照射される。被測定物体１６の表面から生じた拡散反
射光はスペックルパターンを形成し、その一部がホトダ
イオード１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄに受光される
。そして、ホトダイオード１７ ａ −１７−ｂ ・１
７ ｃ ・１７ ｄによりスペックルパターンの光強度
分布が電気信号に変換され、信号処理部１８に入力され
る。
信号処理部１８の、例えば入力端子２０ａに与えられる
信号は、サンプル・アンド・ボールド回路２３ａでザン
プリングタイム毎にサンプリングされ、スペックルパタ
ーンの強度変化した一連の電気信号として出力され、Ａ
／Ｄ変換器２４ａでデジタル信号に変換されてＣＰＵ２
５ ａに入力される。
信号は、サンプル・アンド・ボールド回路２３ａでザン
プリングタイム毎にサンプリングされ、スペックルパタ
ーンの強度変化した一連の電気信号として出力され、Ａ
／Ｄ変換器２４ａでデジタル信号に変換されてＣＰＵ２
５ ａに入力される。
ＣＰＵ２５ ａは、入力されたデジタルのスペックルパ
ターンの強度波形データをメモリに格納するとともに、
その記憶した波形の自己相関関数をめて、スペックルパ
ターンの自己相関長τＣを算出する。
ターンの強度波形データをメモリに格納するとともに、
その記憶した波形の自己相関関数をめて、スペックルパ
ターンの自己相関長τＣを算出する。
この自己相関長τＣの算出は、次のアルゴリズムにより
なされる。ずなわぢ、サンプル・アンド・ボールド回路
２３ａでサンプルされた原信号ｇ（ｋ）をＦＥＴ （高
速フーリエ変換）処理し、その結果得られる周波数スペ
クトルＧ （ｎ）を２乗演算してパワースペクトルＩＧ
（ｎ）１２を（ｎ、−１ 得る。ただし ｌ：時間差、 ρ−〇のときφ（０）の相関値の１／ｐの相関φ（０） 値□を有する自己相関長をτＣすると、となり、逆算に
よりτＣをめることができる。
なされる。ずなわぢ、サンプル・アンド・ボールド回路
２３ａでサンプルされた原信号ｇ（ｋ）をＦＥＴ （高
速フーリエ変換）処理し、その結果得られる周波数スペ
クトルＧ （ｎ）を２乗演算してパワースペクトルＩＧ
（ｎ）１２を（ｎ、−１ 得る。ただし ｌ：時間差、 ρ−〇のときφ（０）の相関値の１／ｐの相関φ（０） 値□を有する自己相関長をτＣすると、となり、逆算に
よりτＣをめることができる。
自己相関長τＣがまると、上記（２）式における定数は
光学系により決まり、予め入力されているので、ＣＰＵ
２５ａは自己相関長τＣにより速度■を算出する。
光学系により決まり、予め入力されているので、ＣＰＵ
２５ａは自己相関長τＣにより速度■を算出する。
また他の入力端子２０ｂ・２０ｃ・２０ｄに与えられる
信号も、それぞれ自己相関量検出部２１ｂ・２１Ｃ・２
１ｄで同様の信号処理を行い、それぞれ速度Ｖをめる。
信号も、それぞれ自己相関量検出部２１ｂ・２１Ｃ・２
１ｄで同様の信号処理を行い、それぞれ速度Ｖをめる。
そして、各ＣＰＵ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄで算
出された速度Ｖば、ＣＰＵ２５ ａで平均値がめられる
。この平均値を最終的な被測定物体１Ｇの速度として出
力回路２２より出力する。
出された速度Ｖば、ＣＰＵ２５ ａで平均値がめられる
。この平均値を最終的な被測定物体１Ｇの速度として出
力回路２２より出力する。
以」二のようにこの実施例によれば、スペックルパター
ンを複数個並置されるホトダイオード１７ａ・１７ｂ・
１７ｃ・１７ｄで電気信号に変換した信号を用いて、そ
れぞれ自己相関法により速度をめるものであり、所定時
間内ではそれだけデータ数が多くなるので、精度が向上
するし、逆に所定精度を得るための測定時間を短くでき
る。
ンを複数個並置されるホトダイオード１７ａ・１７ｂ・
１７ｃ・１７ｄで電気信号に変換した信号を用いて、そ
れぞれ自己相関法により速度をめるものであり、所定時
間内ではそれだけデータ数が多くなるので、精度が向上
するし、逆に所定精度を得るための測定時間を短くでき
る。
第１図は、この発明の前提となる測定原理を説明するた
めの図、第２図はこの発明の１実施例を示すレーザスペ
ックル速度計の概略ブロック図、第３図は同レーザスペ
ックル速度計の信号廻理部を具体的に示したブロック図
である。 １０：レーザダイオード、 １４：コリメートレンズ、
１６：被測定物体、１７ａ−１７ｂ・１７ｃｍ１７ｄ：
ホトダイオード、 ２１ａ・２１ｂ・２１ｃｍ２１ｄ：
自己相関長検出部、 ２２：出力回路、 ２５ａ−２５
ｂ・２５ｃ２５ｄ：ＣＰＵ。 特許出願人 社団法人 日本電子工業振興協会（ほか１
名） 代理人 弁理士 中 村 茂 俗 気１図 第２図
めの図、第２図はこの発明の１実施例を示すレーザスペ
ックル速度計の概略ブロック図、第３図は同レーザスペ
ックル速度計の信号廻理部を具体的に示したブロック図
である。 １０：レーザダイオード、 １４：コリメートレンズ、
１６：被測定物体、１７ａ−１７ｂ・１７ｃｍ１７ｄ：
ホトダイオード、 ２１ａ・２１ｂ・２１ｃｍ２１ｄ：
自己相関長検出部、 ２２：出力回路、 ２５ａ−２５
ｂ・２５ｃ２５ｄ：ＣＰＵ。 特許出願人 社団法人 日本電子工業振興協会（ほか１
名） 代理人 弁理士 中 村 茂 俗 気１図 第２図
Claims (1)
- （１）コヒーレント光を発生ずる光源と、この光源より
のコヒーレンス性を移動する被測定物体に照射する光学
系と、被測定物体で拡散反射されて生ずるスペックルパ
ターンの変化を電気信号に変換するために並置される複
数個の光電変換素子と、これら光電変換素子よりの出力
信号を受けて各々スペックルパターンの自己相関長をめ
る複数の自己相関長算出手段と、算出された複数の自己
相関長に基づいて被測定物体の移動速度を算出する手段
とからなるレーザスペックル速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5404284A JPS60196673A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | レ−ザスペツクル速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5404284A JPS60196673A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | レ−ザスペツクル速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60196673A true JPS60196673A (ja) | 1985-10-05 |
Family
ID=12959538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5404284A Pending JPS60196673A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | レ−ザスペツクル速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60196673A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6465U (ja) * | 1987-06-19 | 1989-01-05 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5046382A (ja) * | 1973-08-29 | 1975-04-25 |
-
1984
- 1984-03-19 JP JP5404284A patent/JPS60196673A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5046382A (ja) * | 1973-08-29 | 1975-04-25 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6465U (ja) * | 1987-06-19 | 1989-01-05 |
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