JP3491969B2 - 変位情報測定装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報測定装置と光学
装置に関し、特に移動する物体の変位情報を光学的に非
接触で測定する変位情報測定装置及びこれに好適な光学
装置に関する。
装置に関し、特に移動する物体の変位情報を光学的に非
接触で測定する変位情報測定装置及びこれに好適な光学
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、物体の変位情報を非接触且つ
高精度に測定する装置として、レーザードップラー速度
計やレーザーエンコーダーが使用されている。レーザー
ドップラー速度計では、移動する物体や流体にレーザー
光を照射し、移動物体もしくは移動流体による散乱光の
周波数が、移動する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、前記移動物体もし
くは移動流体の移動速度を測定する装置である。
高精度に測定する装置として、レーザードップラー速度
計やレーザーエンコーダーが使用されている。レーザー
ドップラー速度計では、移動する物体や流体にレーザー
光を照射し、移動物体もしくは移動流体による散乱光の
周波数が、移動する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、前記移動物体もし
くは移動流体の移動速度を測定する装置である。
【０００３】従来のレーザードップラー速度計の一例を
図１に示す。図中、１はレーザー、２はコリメーターレ
ンズ、３は平行光束、４はビームスプリッター、６ａ、
６ｂ、６ｃ、６ｄはミラー、７は速度Ｖで矢印方向に移
動している被測定物、８は集光レンズ、９は光検出器で
ある。
図１に示す。図中、１はレーザー、２はコリメーターレ
ンズ、３は平行光束、４はビームスプリッター、６ａ、
６ｂ、６ｃ、６ｄはミラー、７は速度Ｖで矢印方向に移
動している被測定物、８は集光レンズ、９は光検出器で
ある。
【０００４】レーザー１から出射されたレーザー光は、
コリメーターレンズ２によって平行光束３となり、ビー
ムスプリッター４によって二光束5a及び5bに分割されて
ミラー6a、6c及び6b、6dで反射されたのち、速度Ｖで移
動している被測定物７に入射角θで二光束照射される。
物体もしくは流体による散乱光は、集光レンズ８を介し
て光検出器９で検出される。二光束による散乱光の周波
数は、移動速度Ｖに比例して各々＋、− ｆのドップラ
ーシフトを受ける。ここで、レーザー光の波長をλとす
れば、 ｆは次の（１）式で表すことができる。
コリメーターレンズ２によって平行光束３となり、ビー
ムスプリッター４によって二光束5a及び5bに分割されて
ミラー6a、6c及び6b、6dで反射されたのち、速度Ｖで移
動している被測定物７に入射角θで二光束照射される。
物体もしくは流体による散乱光は、集光レンズ８を介し
て光検出器９で検出される。二光束による散乱光の周波
数は、移動速度Ｖに比例して各々＋、− ｆのドップラ
ーシフトを受ける。ここで、レーザー光の波長をλとす
れば、 ｆは次の（１）式で表すことができる。
【０００５】
ｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ … （１）
＋ｆ、− ｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、互
いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化を
もたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられる。
いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化を
もたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられる。
【０００６】
Ｆ＝２・ ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ … （２）
（２）式から、光検出器９の周波数Ｆ（以下ドップラー
周波数と呼ぶ）を測定すれば被測定物７の速度Ｖが求め
られる。
周波数と呼ぶ）を測定すれば被測定物７の速度Ｖが求め
られる。
【０００７】上記従来例のようなレーザードップラー速
度計では、（２）式からわかるようにドップラー周波数
Ｆはレーザーの波長Ｆに反比例し、したがってレーザー
ドップラー速度計としては波長が安定したレーザー光源
を使用する必要があった。連続発信が可能で波長が安定
したレーザー光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザー
が良く使用されるが、レーザー発信器が大きくまた電源
に高圧が必要で、装置が大きく高価になる。また、コン
パクトディスク、ビデオディスク、光ファイバー通信等
に使用されているレーザーダイオード（または半導体レ
ーザー）は超小型で駆動も容易であるが温度依存性を有
する。
度計では、（２）式からわかるようにドップラー周波数
Ｆはレーザーの波長Ｆに反比例し、したがってレーザー
ドップラー速度計としては波長が安定したレーザー光源
を使用する必要があった。連続発信が可能で波長が安定
したレーザー光源としてはＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザー
が良く使用されるが、レーザー発信器が大きくまた電源
に高圧が必要で、装置が大きく高価になる。また、コン
パクトディスク、ビデオディスク、光ファイバー通信等
に使用されているレーザーダイオード（または半導体レ
ーザー）は超小型で駆動も容易であるが温度依存性を有
する。
【０００８】図２（'８７三菱半導体データブック；光
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例であり、波長が連続的に変化してい
る部分は、主としてレーザーダイオードの活性層の屈折
率の温度変化によるもので、00.5〜0.06ｎｍ／℃であ
る。一方、波長が不連続に変化している部分は縦モード
ホッピングと呼ばれ0.2〜0.3ｎｍ／℃である。
半導体素子編から引用）はレーザーダイオードの標準的
な温度依存性の一例であり、波長が連続的に変化してい
る部分は、主としてレーザーダイオードの活性層の屈折
率の温度変化によるもので、00.5〜0.06ｎｍ／℃であ
る。一方、波長が不連続に変化している部分は縦モード
ホッピングと呼ばれ0.2〜0.3ｎｍ／℃である。
【０００９】波長を安定させるために一般にはレーザー
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒーター、放熱器、温度センサー等の温度制御
部材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け、精
密に温度制御を行なう必要があり、レーザードップラー
速度計が比較的大型で、またコスト高になるうえに、前
述の縦モードホッピングによる不安定さは、完全には除
去できない。
ダイオードを一定温度に制御する方法が採られる。この
方法ではヒーター、放熱器、温度センサー等の温度制御
部材をレーザーダイオードに小さな熱抵抗で取付け、精
密に温度制御を行なう必要があり、レーザードップラー
速度計が比較的大型で、またコスト高になるうえに、前
述の縦モードホッピングによる不安定さは、完全には除
去できない。
【００１０】上述の問題を解決するレーザードップラー
速度計として、光源としてのレーザー光を回折格子に入
射し、得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１、２、…）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体あるいは移動流体に照射
し、該移動物体あるいは流体からの散乱光をフォトディ
テクターで検出する方式が提案されている。
速度計として、光源としてのレーザー光を回折格子に入
射し、得られる回折光のうち、０次以外の＋ｎ次、−ｎ
次（ｎは１、２、…）の二つの回折光を、該二光束の成
す角度と同じ交差角で移動物体あるいは移動流体に照射
し、該移動物体あるいは流体からの散乱光をフォトディ
テクターで検出する方式が提案されている。
【００１１】図３は格子ピッチｄなる透過型の回折格子
10にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射した
時の回折例を示し、回折角θ0は次式となる。
10にレーザー光Ｉを格子の配列方向ｔに垂直に入射した
時の回折例を示し、回折角θ0は次式となる。
【００１２】ｓｉｎθ0＝ｍλ／ｄ
ｍは回折次数(0,1,2,…)、λは光の波長
このうち０次以外の±ｎ次光は次式で表される。
【００１３】
ｓｉｎθ0＝±ｎλ／ｄ … （３）
ｎは１，２，…
図４はこの±ｎ次光を互いに平行なミラー6a、6bによっ
て被測定物７に入射角がθ0になるように２光束照射し
た図であり、光検出器９のドップラー周波数Ｆは（２）
及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0／λ＝２ｎＶ／ｄ … （４） となり、レーザー光Ｉの波長λに依存せず、回折格子20
の格子ピッチｄに反比例し、被測定物７の速度に比例す
る。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップラー
周波数Ｆは被検物体７の速度のみに比例した周波数を得
ることができる。回折格子20は反射型の回折格子にして
も同様である。
て被測定物７に入射角がθ0になるように２光束照射し
た図であり、光検出器９のドップラー周波数Ｆは（２）
及び（３）式から Ｆ＝２Ｖｓｉｎθ0／λ＝２ｎＶ／ｄ … （４） となり、レーザー光Ｉの波長λに依存せず、回折格子20
の格子ピッチｄに反比例し、被測定物７の速度に比例す
る。格子ピッチｄは充分安定にしうるので、ドップラー
周波数Ｆは被検物体７の速度のみに比例した周波数を得
ることができる。回折格子20は反射型の回折格子にして
も同様である。
【００１４】ここで、一般にレーザー等の可干渉性の高
い光を物体に照射すると、物体表面の微細な凹凸により
散乱光はランダムな位相変調を受けて観察面上に斑点模
様、いわゆるスペックルパターンを形成する。レーザー
ドップラー速度計においては、物体もしくは流体が移動
すると、光検出器の検出面上でのドップラーシフトによ
る明暗の変化が、スペックルパターンの流れによる不規
則な明暗の変化で変調され、また、光検出器の出力信号
は被検物体の透過率（あるいは反射率）の変化によって
も変調を受ける。
い光を物体に照射すると、物体表面の微細な凹凸により
散乱光はランダムな位相変調を受けて観察面上に斑点模
様、いわゆるスペックルパターンを形成する。レーザー
ドップラー速度計においては、物体もしくは流体が移動
すると、光検出器の検出面上でのドップラーシフトによ
る明暗の変化が、スペックルパターンの流れによる不規
則な明暗の変化で変調され、また、光検出器の出力信号
は被検物体の透過率（あるいは反射率）の変化によって
も変調を受ける。
【００１５】前述のＬＤＶでは、一般にスペックルパタ
ーンの流れによる明暗の変化の周波数および被測定物の
透過率（あるいは反射率）の変化の周波数は、前述
（２）式で示されるドップラー周波数に比べて低周波で
あるため、光検出器の出力をハイパスフィルターに通し
て低周波成分を電気的に除去し、ドップラー信号のみを
取り出す方法が用いられている。しかし、被測定物の速
度が遅くてドップラー周波数が低いと低周波変動成分と
の周波数差が小さくなり、ハイパスフィルターが使えず
被測定物の速度が測定できない可能性がある。また、速
度方向は原理的に検出できない。
ーンの流れによる明暗の変化の周波数および被測定物の
透過率（あるいは反射率）の変化の周波数は、前述
（２）式で示されるドップラー周波数に比べて低周波で
あるため、光検出器の出力をハイパスフィルターに通し
て低周波成分を電気的に除去し、ドップラー信号のみを
取り出す方法が用いられている。しかし、被測定物の速
度が遅くてドップラー周波数が低いと低周波変動成分と
の周波数差が小さくなり、ハイパスフィルターが使えず
被測定物の速度が測定できない可能性がある。また、速
度方向は原理的に検出できない。
【００１６】静止状態から速度方向も含め測定が可能と
なる技術として、２光束を被測定物に照射する前に周波
数差を付ける方法（周波数シフター）がある。
なる技術として、２光束を被測定物に照射する前に周波
数差を付ける方法（周波数シフター）がある。
【００１７】一般には、周波数シフターとして音響光学
素子が用いられる。この場合、音響光学素子への入射角
をブラック回折角に設定しなければならないため、図４
の様に波長により光路が変化する光学系の内部には導入
する事ができない。
素子が用いられる。この場合、音響光学素子への入射角
をブラック回折角に設定しなければならないため、図４
の様に波長により光路が変化する光学系の内部には導入
する事ができない。
【００１８】図５は、音響光学素子でない電気光学結晶
による周波数シフターを使用したレーザードップラー速
度計の例である。
による周波数シフターを使用したレーザードップラー速
度計の例である。
【００１９】電気光学結晶とは印加する電界により媒体
の屈折率が変化するもので、例えば、三方晶系3mのLiNb
O3やLiTaO3、正方晶系42mの(NH4)H2PO4(ADP)、KH2PO4(K
DP)等がある。以下にLiNbO3を例にとり説明する。
の屈折率が変化するもので、例えば、三方晶系3mのLiNb
O3やLiTaO3、正方晶系42mの(NH4)H2PO4(ADP)、KH2PO4(K
DP)等がある。以下にLiNbO3を例にとり説明する。
【００２０】LiNbO3（3m）の屈折率楕円体は次式で表さ
れる。
れる。
【００２１】
(1/N02-γ22E2+γ13E3)X2+(1/N0 2+γ22E2+γ13E3)Y2+(1/Ne 2+γ33E3)Z2
-2γ22E1XY+2γ51E2YZ+2γ51E1ZX=1… （５）
ここで、γ（添字付き）はポッケルス定数、N0、Neはそ
れぞれ常光線、異常光線の屈折率である。
れぞれ常光線、異常光線の屈折率である。
【００２２】この装置では、この電気光学結晶に電圧を
印加する構成をとっている。単位時間あたりの変化電圧
Ｖを一定にすると、LiNbO3透過後の光は単位時間あたり
の位相変化量が一定となる。つまり、周波数シフターと
なる。現実には、電圧を常に一定に変化させると電圧が
無限大になるために、図６の様な鋸歯波（セロダイン）
駆動を行う。立ち下がり部で光位相が非連続にならない
様に一つの電圧振幅が光位相２πに相当する値で駆動さ
せる。セロダイン周波数をｆRとすると、光束ＩはｆRだ
け周波数シフトする。
印加する構成をとっている。単位時間あたりの変化電圧
Ｖを一定にすると、LiNbO3透過後の光は単位時間あたり
の位相変化量が一定となる。つまり、周波数シフターと
なる。現実には、電圧を常に一定に変化させると電圧が
無限大になるために、図６の様な鋸歯波（セロダイン）
駆動を行う。立ち下がり部で光位相が非連続にならない
様に一つの電圧振幅が光位相２πに相当する値で駆動さ
せる。セロダイン周波数をｆRとすると、光束ＩはｆRだ
け周波数シフトする。
【００２３】図５は、以上の原理を利用した装置であ
り、Foordら（Appl.Phys.,Vol.7,1974,L36〜L39）によ
り述べられている。ビームスプリッター４により２光束
に分離し、それぞれに電気光学結晶10を透過させる。セ
ロダイン駆動により周波数シフトされた２光束はレンズ
15により偏向され、収束状態で２光束は交差する。この
構成は主に流速計として利用される形態で、静止状態か
ら速度方向も含めて測定を可能とする。ドップラー周波
数は、２光束の周波数差ｆRにより次の式の様になる。
り、Foordら（Appl.Phys.,Vol.7,1974,L36〜L39）によ
り述べられている。ビームスプリッター４により２光束
に分離し、それぞれに電気光学結晶10を透過させる。セ
ロダイン駆動により周波数シフトされた２光束はレンズ
15により偏向され、収束状態で２光束は交差する。この
構成は主に流速計として利用される形態で、静止状態か
ら速度方向も含めて測定を可能とする。ドップラー周波
数は、２光束の周波数差ｆRにより次の式の様になる。
【００２４】
Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ＋ｆR … （６）
よって、被測定物７の速度Ｖが遅い場合でも、ｆRを適
当な値に設定すれば、前述のスペックルパターンの流れ
や被測定物の透過率（あるいは反射率）の変化に起因す
る低周波成分との周波数差は十分に取ることができ、低
周波成分を電気的に除去してドップラー信号のみを取り
出すことにより、速度検出が可能となる。
当な値に設定すれば、前述のスペックルパターンの流れ
や被測定物の透過率（あるいは反射率）の変化に起因す
る低周波成分との周波数差は十分に取ることができ、低
周波成分を電気的に除去してドップラー信号のみを取り
出すことにより、速度検出が可能となる。
【００２５】
【発明が解決しようとしている問題点】今までは図５の
様にレーザー光束を電気光学結晶に対し垂直入射させて
おり、単純に光学系に電気光学結晶を導入するには平行
光束で垂直入射させ、光路は動く事のない構造をとるの
が常識であった。なぜなら、従来の構成では光束の入射
角変動が発生した際には、これによって電気光学結晶へ
の電界変化とこれに伴う屈折率変化との関係までが変化
してしまい、セロダイン駆動の電圧振幅を一定にしても
光位相の変化は２πからずれてしまっていたからであ
る。
様にレーザー光束を電気光学結晶に対し垂直入射させて
おり、単純に光学系に電気光学結晶を導入するには平行
光束で垂直入射させ、光路は動く事のない構造をとるの
が常識であった。なぜなら、従来の構成では光束の入射
角変動が発生した際には、これによって電気光学結晶へ
の電界変化とこれに伴う屈折率変化との関係までが変化
してしまい、セロダイン駆動の電圧振幅を一定にしても
光位相の変化は２πからずれてしまっていたからであ
る。
【００２６】しかし、光路が動かない構成をとると
（６）式から解るように、レーザー波長が変動した場合
に検出されるドップラー信号が変動し高精度測定ができ
なくなる。
（６）式から解るように、レーザー波長が変動した場合
に検出されるドップラー信号が変動し高精度測定ができ
なくなる。
【００２７】本発明は上述従来例に鑑みて、簡易構成で
ありまた被測定物が低速であっても測定可能であり、且
つ光束の波長変動の影響を受けず、更にこの際の光線の
時間的または空間的角度変動にも影響されない測定が可
能な変位情報測定装置を提供することを目的とする。
ありまた被測定物が低速であっても測定可能であり、且
つ光束の波長変動の影響を受けず、更にこの際の光線の
時間的または空間的角度変動にも影響されない測定が可
能な変位情報測定装置を提供することを目的とする。
【００２８】又本発明は、光束の各光線角度が時間的ま
たは空間的に変化するような光学系中で、電気光学結晶
を用いて正確に光位相変化を発生しうる光学装置を提供
することを第２の目的とする。
たは空間的に変化するような光学系中で、電気光学結晶
を用いて正確に光位相変化を発生しうる光学装置を提供
することを第２の目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明は、波長が時間的に変動するレーザー光源
と、該レーザー光源からのレーザー光束を分割し、前記
レーザー光源の時間的な波長の変動に伴って時間的また
は空間的に変化する２光束を得る回折格子と、前記２光
束を用いて被測定領域上に干渉縞を形成する光学系と、
を有する変位情報測定装置において、前記光学系は電気
光学結晶と、該電気光学結晶に所定の周期電圧を印加す
る手段と、前記干渉縞を形成された被測定領域からの光
を該光の周波数変移から被測定領域の変位情報を測定す
べく受光する検出手段とを有し、前記電気光学結晶の光
学軸と前記電圧印加手段による電界方向と前記電気光学
結晶に入射する光束の偏光方向とを全て平行にするか、
または前記電界方向に対し前記光学軸と前記偏光方向の
一方を平行に、他方を垂直になるように配置したことを
特徴とする変位情報測定装置である。
めの本発明は、波長が時間的に変動するレーザー光源
と、該レーザー光源からのレーザー光束を分割し、前記
レーザー光源の時間的な波長の変動に伴って時間的また
は空間的に変化する２光束を得る回折格子と、前記２光
束を用いて被測定領域上に干渉縞を形成する光学系と、
を有する変位情報測定装置において、前記光学系は電気
光学結晶と、該電気光学結晶に所定の周期電圧を印加す
る手段と、前記干渉縞を形成された被測定領域からの光
を該光の周波数変移から被測定領域の変位情報を測定す
べく受光する検出手段とを有し、前記電気光学結晶の光
学軸と前記電圧印加手段による電界方向と前記電気光学
結晶に入射する光束の偏光方向とを全て平行にするか、
または前記電界方向に対し前記光学軸と前記偏光方向の
一方を平行に、他方を垂直になるように配置したことを
特徴とする変位情報測定装置である。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【実施例】図７は、本発明の第１実施例に係るレーザー
ドップラー速度計の構成説明図である。
ドップラー速度計の構成説明図である。
【００３５】レーザーダイオード１から出射されたレー
ザー光はＺ軸に直線偏光となるように配置され、コリメ
ーターレンズ２によって平行光束３となる。平行光束３
は格子配列方向がＹ軸で格子ピッチｄの回折格子20によ
って２光束5a及び5bに回折角θで分割される。
ザー光はＺ軸に直線偏光となるように配置され、コリメ
ーターレンズ２によって平行光束３となる。平行光束３
は格子配列方向がＹ軸で格子ピッチｄの回折格子20によ
って２光束5a及び5bに回折角θで分割される。
【００３６】このとき、回折角θは、
ｄｓｉｎθ＝λ … （７）
となる。２光束5a、5bはそれぞれ角度θをもって、Ｚ軸
にｃ軸（光学軸）を持つ直方体形状の電気光学結晶（こ
こではLiNbO3）10a、10bに入射される。電極11a、11bに
より光束5a部に関係する電気光学結晶10aのみに電界を
かける様にしてある。電気光学結晶10a、10bの形状を厚
さｄ＝1mm、長さｌ＝20mmとし、レーザー波長をλ＝780
nm、格子ピッチｄ＝1.6μｍとすると、光束5a、5bが電
気光学結晶10a、10bを透過する実質長さｌ´は、 ｌ´＝ｌ／ｃｏｓ（θ´） … （８） 但し、θ´は電気光学結晶内部での光束の角度であり、 ｓｉｎ（θ）＝Ne・ｓｉｎ（θ´） … （９） （７）式よりθ≒29.18度だから、ｌ´＝20.54mmとな
り、異常光屈折率Ne＝2.2、ポッケルス定数γ＝32.2×1
0-9（mm/V）とすると、電圧振幅はＶ≒224Vで２光束の
位相差が２πとなる。この電圧振幅で且つ周波数ｆRで
セロダイン駆動すると、ｆRの周波数差を持つ２光束5c
及び5dが得られる。電気光学結晶10a、10bをそれぞれ入
射角と同一角度で出射した２光束5c及び5dはミラー21
a、21bで偏向され、速度Ｖで移動している被測定物７
（の速度測定方向）に回折角と同じ入射角θで二光束照
射する。この構成により入射角θに関してｓｉｎθ／λ
がほぼ一定になる。物体による散乱光は、集光レンズ８
を介して光検出器９で検出される。
にｃ軸（光学軸）を持つ直方体形状の電気光学結晶（こ
こではLiNbO3）10a、10bに入射される。電極11a、11bに
より光束5a部に関係する電気光学結晶10aのみに電界を
かける様にしてある。電気光学結晶10a、10bの形状を厚
さｄ＝1mm、長さｌ＝20mmとし、レーザー波長をλ＝780
nm、格子ピッチｄ＝1.6μｍとすると、光束5a、5bが電
気光学結晶10a、10bを透過する実質長さｌ´は、 ｌ´＝ｌ／ｃｏｓ（θ´） … （８） 但し、θ´は電気光学結晶内部での光束の角度であり、 ｓｉｎ（θ）＝Ne・ｓｉｎ（θ´） … （９） （７）式よりθ≒29.18度だから、ｌ´＝20.54mmとな
り、異常光屈折率Ne＝2.2、ポッケルス定数γ＝32.2×1
0-9（mm/V）とすると、電圧振幅はＶ≒224Vで２光束の
位相差が２πとなる。この電圧振幅で且つ周波数ｆRで
セロダイン駆動すると、ｆRの周波数差を持つ２光束5c
及び5dが得られる。電気光学結晶10a、10bをそれぞれ入
射角と同一角度で出射した２光束5c及び5dはミラー21
a、21bで偏向され、速度Ｖで移動している被測定物７
（の速度測定方向）に回折角と同じ入射角θで二光束照
射する。この構成により入射角θに関してｓｉｎθ／λ
がほぼ一定になる。物体による散乱光は、集光レンズ８
を介して光検出器９で検出される。
【００３７】その時ドップラー周波数は、２光束の周波
数差ｆRにより（６）式同様次のようになる。
数差ｆRにより（６）式同様次のようになる。
【００３８】
Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ＋ｆR … （10）
（７）式より、（10）式は以下の（11）式のようにな
り、この式を用いて光検出器９からの検出周波数Ｆよ
り、速度Ｖが低周波成分除去用フィルタ回路を含む信号
処理部100で求められる。
り、この式を用いて光検出器９からの検出周波数Ｆよ
り、速度Ｖが低周波成分除去用フィルタ回路を含む信号
処理部100で求められる。
【００３９】
Ｆ＝２・Ｖ／ｄ＋ｆR … （11）
（11）式より理解されるように、この構成によりレーザ
ーの波長依存性がない信号を検出することが可能とな
る。即ち、波長が変動すると（７）式によって回折角が
変化するが、本装置においてはドップラー信号の波長依
存性消去は維持される。また、電気光学結晶10aに入射
する角度も変化するが偏光方向が電気光学結晶10aのｃ
軸（光学軸）と一致するため、電気光学結晶10a透過後
も偏光方向は維持される。また、（８）式より入射角変
化によって実質長さｌ´が変化して電圧振幅が変わる
が、変化量は殆ど無視できる。このため波長が変動して
も高精度な信号を検出する事ができる。
ーの波長依存性がない信号を検出することが可能とな
る。即ち、波長が変動すると（７）式によって回折角が
変化するが、本装置においてはドップラー信号の波長依
存性消去は維持される。また、電気光学結晶10aに入射
する角度も変化するが偏光方向が電気光学結晶10aのｃ
軸（光学軸）と一致するため、電気光学結晶10a透過後
も偏光方向は維持される。また、（８）式より入射角変
化によって実質長さｌ´が変化して電圧振幅が変わる
が、変化量は殆ど無視できる。このため波長が変動して
も高精度な信号を検出する事ができる。
【００４０】特に本装置においては、ｓｉｎθ／λがほ
ぼ一定になるように、（光束内の各光線の電気光学結晶
への入射角が空間的に等しい、即ち平行光束である）レ
ーザー光束の電気光学結晶10aへの（時間的な）入射角
変動が発生しても、電界変化と屈折率変化との関係は一
定である。即ち一定のセロダイン駆動による光位相変化
は光束入射角によらず一定にできる。これを詳細に説明
する。図８〜15は電気光学結晶のｃ軸と電界方向（図で
は電極11a、11bの対向方向）、及び入射光線の偏向方向
との関係を示す図である。ｃ軸の方向と偏光面は垂直な
いし平行にしなければ入出射光束の偏光方向が変化して
しまうので好ましくなく、又通常電気光学結晶の形状は
ｃ軸に平行と垂直な辺で形成される直方体で、電極配置
はこの直方体の面上に形成するのが簡単なので、実際上
想定される配置はこの８つとなる。
ぼ一定になるように、（光束内の各光線の電気光学結晶
への入射角が空間的に等しい、即ち平行光束である）レ
ーザー光束の電気光学結晶10aへの（時間的な）入射角
変動が発生しても、電界変化と屈折率変化との関係は一
定である。即ち一定のセロダイン駆動による光位相変化
は光束入射角によらず一定にできる。これを詳細に説明
する。図８〜15は電気光学結晶のｃ軸と電界方向（図で
は電極11a、11bの対向方向）、及び入射光線の偏向方向
との関係を示す図である。ｃ軸の方向と偏光面は垂直な
いし平行にしなければ入出射光束の偏光方向が変化して
しまうので好ましくなく、又通常電気光学結晶の形状は
ｃ軸に平行と垂直な辺で形成される直方体で、電極配置
はこの直方体の面上に形成するのが簡単なので、実際上
想定される配置はこの８つとなる。
【００４１】図８は、上述した図７の実施例の配置を表
しており、ｃ軸方向（以下Ｃで表記）と電界方向（以下
Ｅで表記）が平行（回折格子の格子の長手方向）で且つ
入射レーザー光の偏向方向（以下Ｐで表記）も平行にな
っている。即ちＣ//Ｅ//Ｐで全て図のＺ方向である。
しており、ｃ軸方向（以下Ｃで表記）と電界方向（以下
Ｅで表記）が平行（回折格子の格子の長手方向）で且つ
入射レーザー光の偏向方向（以下Ｐで表記）も平行にな
っている。即ちＣ//Ｅ//Ｐで全て図のＺ方向である。
【００４２】このような場合では（５）式が以下の様に
なる。
なる。
【００４３】Z2／Ne2（1-Ne2γ33E3/2 ） 2 ＝１
この場合、Ｘ、Ｙに関するパラメータが無いので、たと
え波長が変化して回折格子20の回折角が変化し、電気光
学結晶10aへのレーザー光の入射角がＸＹ平面内で変化
しても、屈折率変化と電界強度変化との関係は変化しな
い。この場合、屈折率と電界強度の変化係数となるポッ
ケルス係数はγ33＝32.2×10-9（mm/V）となる。
え波長が変化して回折格子20の回折角が変化し、電気光
学結晶10aへのレーザー光の入射角がＸＹ平面内で変化
しても、屈折率変化と電界強度変化との関係は変化しな
い。この場合、屈折率と電界強度の変化係数となるポッ
ケルス係数はγ33＝32.2×10-9（mm/V）となる。
【００４４】図９では、図８に対して、レーザー光の偏
向方向がＺ軸方向に垂直（ＸＹ面内）となっている点が
異なっている。即ち（（Ｃ//Ｅ）⊥Ｐ）である。このよ
うな場合では（５）式が、 (X2+Y2)/N0 2(1-N0 2γ13E3/2)2=1 となり、X2+Y2の項より理解されるように屈折率式が円
となるため、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角
が変化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角が
ＸＹ平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度変化と
の関係は変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変
化係数となるポッケルス係数はγ13＝10×10-9（mm/V）
となる。
向方向がＺ軸方向に垂直（ＸＹ面内）となっている点が
異なっている。即ち（（Ｃ//Ｅ）⊥Ｐ）である。このよ
うな場合では（５）式が、 (X2+Y2)/N0 2(1-N0 2γ13E3/2)2=1 となり、X2+Y2の項より理解されるように屈折率式が円
となるため、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角
が変化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角が
ＸＹ平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度変化と
の関係は変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変
化係数となるポッケルス係数はγ13＝10×10-9（mm/V）
となる。
【００４５】図１０では、図８に対して電気光学結晶10
aのｃ軸方向が、電界方向及び入射レーザー光の偏向方
向と垂直方向（回折格子の格子配列方向）に配置されて
いる点が異なる（通常ｃ軸方向をＺ軸方向とするので、
図８とは座標配置が異なる）。即ち（（Ｅ//Ｐ）⊥Ｃ）
である。この場合は（５）式が、 Y2/N0 2(1-N0 2γ22E2/2)2=1 となるため、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角
が変化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角が
ＸＺ平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度との関
係は変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変化係
数となるポッケルス係数はγ22＝6.8×10-9（mm/V）と
なる。
aのｃ軸方向が、電界方向及び入射レーザー光の偏向方
向と垂直方向（回折格子の格子配列方向）に配置されて
いる点が異なる（通常ｃ軸方向をＺ軸方向とするので、
図８とは座標配置が異なる）。即ち（（Ｅ//Ｐ）⊥Ｃ）
である。この場合は（５）式が、 Y2/N0 2(1-N0 2γ22E2/2)2=1 となるため、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角
が変化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角が
ＸＺ平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度との関
係は変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変化係
数となるポッケルス係数はγ22＝6.8×10-9（mm/V）と
なる。
【００４６】図１１では、図１０の構成に対して電界方
向をｃ軸の方向に平行に配置した点が異なるものであ
る。即ち（（Ｃ//Ｅ）⊥Ｐ）である。この場合（５）式
が、 Y2/N0 2(1-N0 2γ13E3/2)2=1 となり、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角が変
化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角がＸＺ
平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度との関係は
変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変化係数と
なるポッケルス係数はγ13＝10×10-9（mm/V）となる。
向をｃ軸の方向に平行に配置した点が異なるものであ
る。即ち（（Ｃ//Ｅ）⊥Ｐ）である。この場合（５）式
が、 Y2/N0 2(1-N0 2γ13E3/2)2=1 となり、たとえ波長が変化して回折格子20の回折角が変
化し、電気光学結晶10aへのレーザー光の入射角がＸＺ
平面内で変化しても、屈折率変化と電界強度との関係は
変化しない。この場合、屈折率と電界強度の変化係数と
なるポッケルス係数はγ13＝10×10-9（mm/V）となる。
【００４７】以上がレーザー光束の入射角変動によって
屈折率変化と電界強度との関係が変化しない場合であ
る。よって本発明においては図７の構成において、図８
〜１１のいずれかの配置を採用すればよい。即ち、図７
の装置において、ｃ軸方向と電界方向とレーザー光の偏
光方向は図９〜図１１のいずれの配置に置き換えても良
い。特に図７に示した構成では、図８の配置を採用して
おり、この場合使用しているLiNbO3においては屈折率と
電界強度の変化係数となるポッケルス係数が最大となる
ため、小さな印加電圧で屈折率変化を効率よく発生させ
ることができるので、より好ましい。
屈折率変化と電界強度との関係が変化しない場合であ
る。よって本発明においては図７の構成において、図８
〜１１のいずれかの配置を採用すればよい。即ち、図７
の装置において、ｃ軸方向と電界方向とレーザー光の偏
光方向は図９〜図１１のいずれの配置に置き換えても良
い。特に図７に示した構成では、図８の配置を採用して
おり、この場合使用しているLiNbO3においては屈折率と
電界強度の変化係数となるポッケルス係数が最大となる
ため、小さな印加電圧で屈折率変化を効率よく発生させ
ることができるので、より好ましい。
【００４８】図１２はｃ軸が回折格子の格子の長手方向
に平行に配置され、電界方向がｃ軸に垂直で、レーザー
光の偏光方向もｃ軸に垂直である。この場合斜め入射す
るレーザー光の偏光方向と電界方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ちＣ⊥Ｅ、Ｃ⊥Ｐ、
に平行に配置され、電界方向がｃ軸に垂直で、レーザー
光の偏光方向もｃ軸に垂直である。この場合斜め入射す
るレーザー光の偏光方向と電界方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ちＣ⊥Ｅ、Ｃ⊥Ｐ、
【００４９】
【外１】
である。この場合（５）式は、
(1/N0 2-γ22E2)X2+(1/N0 2+γ22E2)Y2=1
となり、γ22がＸではマイナス、Ｙではプラスに作用
し、入射角によって屈折率が変化してしまう。
し、入射角によって屈折率が変化してしまう。
【００５０】図１３はｃ軸が回折格子の配列方向に平行
に配置され、電界方向がｃ軸に垂直で、レーザー光の偏
光方向は電界方向に垂直である。この場合斜め入射する
レーザー光の偏光方向とｃ軸方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ちＣ⊥Ｅ⊥Ｐ、
に配置され、電界方向がｃ軸に垂直で、レーザー光の偏
光方向は電界方向に垂直である。この場合斜め入射する
レーザー光の偏光方向とｃ軸方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ちＣ⊥Ｅ⊥Ｐ、
【００５１】
【外２】
である。この場合（５）式は、
(1/N0 2-γ22E2)X2+Z2/Ne 2=1
となり、ＸではN0が、ＹではNeが作用するため、入射角
によって屈折率が変化してしまう。
によって屈折率が変化してしまう。
【００５２】図１４はｃ軸が回折格子の配列方向に平行
に配置され、電界方向がｃ軸に平行で、レーザー光の偏
光面がｃ軸に垂直である。この場合斜め入射するレーザ
ー光の偏光方向とｃ軸、電界方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ち
に配置され、電界方向がｃ軸に平行で、レーザー光の偏
光面がｃ軸に垂直である。この場合斜め入射するレーザ
ー光の偏光方向とｃ軸、電界方向は平行にならない。
又、平行になるように配置しても、波長が変化すると光
束の入射方向が変化してしまうため、実質的には非平行
である。即ち
【００５３】
【外３】
である。この場合（５）式は、
(1/N0 2+γ13E3)X2+(1/Ne 2+γ33E3)Z2=1
となり、ＸではN0が、ＺではNeが作用するため、入射角
によって屈折率が変化してしまう。
によって屈折率が変化してしまう。
【００５４】このように、入射角変動するレーザー光の
偏光方向に対して、電界方向ないしｃ軸が実質的に（垂
直を除く）非平行になる場合には、入射角変動によって
屈折率変化と電界強度との関係が変化してしまう。
偏光方向に対して、電界方向ないしｃ軸が実質的に（垂
直を除く）非平行になる場合には、入射角変動によって
屈折率変化と電界強度との関係が変化してしまう。
【００５５】又、図１５では図８に対して電界方向をｃ
軸、偏光方向と垂直方向（回折格子の配列方向）にした
点が異なる。即ちＣ⊥Ｅ⊥Ｐ//Ｃである。この場合、
（５）式は Z2/Ne 2=1 となり、印加電圧に係わらず屈折率は一定になってしま
い、周波数シフターとしての用を為さなくなる。
軸、偏光方向と垂直方向（回折格子の配列方向）にした
点が異なる。即ちＣ⊥Ｅ⊥Ｐ//Ｃである。この場合、
（５）式は Z2/Ne 2=1 となり、印加電圧に係わらず屈折率は一定になってしま
い、周波数シフターとしての用を為さなくなる。
【００５６】以上より理解されるように、Ｃ、Ｅ、Ｐの
全てが平行か、Ｅに対していずれかが平行でいずれかが
垂直な場合に限り、入射角変動によらず屈折率変化と電
界強度との一定の関係が得られ、一定のセロダイン駆動
による光位相変化は光束入射角によらず一定にできる。
全てが平行か、Ｅに対していずれかが平行でいずれかが
垂直な場合に限り、入射角変動によらず屈折率変化と電
界強度との一定の関係が得られ、一定のセロダイン駆動
による光位相変化は光束入射角によらず一定にできる。
【００５７】上述した図７の実施例では、２光束光路内
にそれぞれ電気光学結晶10a、10bを配置しているため、
２光束光路長など光学的位置関係を変えることなく、電
気光学結晶10a、10bの導入が行われる。
にそれぞれ電気光学結晶10a、10bを配置しているため、
２光束光路長など光学的位置関係を変えることなく、電
気光学結晶10a、10bの導入が行われる。
【００５８】以上の実施例では、電気光学結晶の電圧駆
動を１光束のみで記載しているが２光束を逆電圧駆動し
て電圧値を低減させても良い。また、２光束に対し異な
る電気光学結晶を用いているが、当然ながら１つの電気
光学結晶により構成しても良い。
動を１光束のみで記載しているが２光束を逆電圧駆動し
て電圧値を低減させても良い。また、２光束に対し異な
る電気光学結晶を用いているが、当然ながら１つの電気
光学結晶により構成しても良い。
【００５９】図１６は本発明の第２実施例で、第１実施
例のミラー21a、21bの代わりにレンズ16、17より構成さ
れる光学系で入射角θに関してｓｉｎθ／λがほぼ一定
になる構成を達成した例である。第１実施例と同様の部
材には同じ符番を冠し、説明を省略する。
例のミラー21a、21bの代わりにレンズ16、17より構成さ
れる光学系で入射角θに関してｓｉｎθ／λがほぼ一定
になる構成を達成した例である。第１実施例と同様の部
材には同じ符番を冠し、説明を省略する。
【００６０】レンズ16、17は共に焦点距離がｆで、レン
ズ間隔が実質光路長で２ｆとなっており、回折角と照射
角とが等しくなる光学系となっている。レーザーダイオ
ード１から出射されたレーザー光はＺ軸に直線偏光とな
るように配置され、コリメーターレンズ２によって平行
光束３となる。平行光束３は格子配列方向がＹ軸で格子
ピッチｄの回折格子20によって２光束5a及び5bに回折角
θで分割される。
ズ間隔が実質光路長で２ｆとなっており、回折角と照射
角とが等しくなる光学系となっている。レーザーダイオ
ード１から出射されたレーザー光はＺ軸に直線偏光とな
るように配置され、コリメーターレンズ２によって平行
光束３となる。平行光束３は格子配列方向がＹ軸で格子
ピッチｄの回折格子20によって２光束5a及び5bに回折角
θで分割される。
【００６１】このとき、回折角θは、（７）式同様以下
の様になる。
の様になる。
【００６２】ｄｓｉｎθ＝λ
２光束5a及び5bはレンズ16により一旦収束され、電気光
学結晶10a、10bを透過する。光束は再度発散しレンズ17
により平行光束となり、被測定物７（の速度測定方向）
に入射角θで二光束照射される。
学結晶10a、10bを透過する。光束は再度発散しレンズ17
により平行光束となり、被測定物７（の速度測定方向）
に入射角θで二光束照射される。
【００６３】電気光学結晶10a、10bの形状を厚さｄ＝1m
m、長さｌ＝20mmとし、レーザー波長をλ＝780nm、格子
ピッチｄ＝1.6μｍとし、回折格子20とレンズ16の間隔
をｆとすると、電気光学結晶10a、10bを透過する光束の
光軸は電気光学結晶10a、10b入射面に対し垂直となる。
よって光束5a、5bの光軸が電気光学結晶10a、10bを透過
する実質長さは、ｌ＝20mmとなる。このとき、透過する
光束の光軸以外では、実質長さｌ´は、 ｌ″＝ｌ／ｃｏｓ（θ″） … （12） 但し、θ″は電気光学結晶内部での光束の光軸との角度
差であり、 ｓｉｎ（θ）＝Ne・ｓｉｎ（θ″） … （13） となるが、ｌ″とｌとの差は無視でき、周波数シフター
として良好に作用する。
m、長さｌ＝20mmとし、レーザー波長をλ＝780nm、格子
ピッチｄ＝1.6μｍとし、回折格子20とレンズ16の間隔
をｆとすると、電気光学結晶10a、10bを透過する光束の
光軸は電気光学結晶10a、10b入射面に対し垂直となる。
よって光束5a、5bの光軸が電気光学結晶10a、10bを透過
する実質長さは、ｌ＝20mmとなる。このとき、透過する
光束の光軸以外では、実質長さｌ´は、 ｌ″＝ｌ／ｃｏｓ（θ″） … （12） 但し、θ″は電気光学結晶内部での光束の光軸との角度
差であり、 ｓｉｎ（θ）＝Ne・ｓｉｎ（θ″） … （13） となるが、ｌ″とｌとの差は無視でき、周波数シフター
として良好に作用する。
【００６４】ここで、波長が変動すると、（７）式によ
って回折角が変化するが、前述と同様にドップラー信号
の波長依存性消去は維持される。また、電気光学結晶10
aに入射する光束は入射位置は変化するが光束自身の角
度は変化しないため、波長依存性がより除去され高精度
に信号を検出する事ができる。
って回折角が変化するが、前述と同様にドップラー信号
の波長依存性消去は維持される。また、電気光学結晶10
aに入射する光束は入射位置は変化するが光束自身の角
度は変化しないため、波長依存性がより除去され高精度
に信号を検出する事ができる。
【００６５】本実施例においては、光束の各光線と光軸
との角度差がそれぞれ異なっており、各光線ごとに異な
った入射角で電気光学結晶10aに入射するが、前述した
ように（この場合は空間的な）入射角変動が発生しても
電界変化と屈折率変化との関係は一定である。すなわ
ち、図８〜１１のいずれかの配置を採用すれば各光線の
入射角の差異によらず屈折率変化と電界強度との一定の
関係が得られ、一定のセロダイン駆動による光位相変化
は光線入射角によらず一定にできる。よって光束内で波
面ムラを出すことが無く、周波数シフターの作用を良好
に行うことができる。特に図１６に示した構成では、図
８の配置を採用しており、この場合使用しているLiNbO3
においては屈折率と電界強度の変化係数となるポッケル
ス係数が最大となるため、小さな印加電圧で屈折率変化
を効率よく発生させることができるので、より好まし
い。
との角度差がそれぞれ異なっており、各光線ごとに異な
った入射角で電気光学結晶10aに入射するが、前述した
ように（この場合は空間的な）入射角変動が発生しても
電界変化と屈折率変化との関係は一定である。すなわ
ち、図８〜１１のいずれかの配置を採用すれば各光線の
入射角の差異によらず屈折率変化と電界強度との一定の
関係が得られ、一定のセロダイン駆動による光位相変化
は光線入射角によらず一定にできる。よって光束内で波
面ムラを出すことが無く、周波数シフターの作用を良好
に行うことができる。特に図１６に示した構成では、図
８の配置を採用しており、この場合使用しているLiNbO3
においては屈折率と電界強度の変化係数となるポッケル
ス係数が最大となるため、小さな印加電圧で屈折率変化
を効率よく発生させることができるので、より好まし
い。
【００６６】ここでは、回折格子20とレンズ16の間隔を
ｆとした例を述べたが、ｆでなくても同様の効果をうる
事ができる。即ち、この場合は波長変化によって光束自
身の入射角も変化するため、光束内の各光線が時間的且
つ空間的に入射角変化するが、上述のような配置によ
り、これら時間的、空間的入射角変化の影響を受けるこ
とが無く、周波数シフターの作用を良好に行える。
ｆとした例を述べたが、ｆでなくても同様の効果をうる
事ができる。即ち、この場合は波長変化によって光束自
身の入射角も変化するため、光束内の各光線が時間的且
つ空間的に入射角変化するが、上述のような配置によ
り、これら時間的、空間的入射角変化の影響を受けるこ
とが無く、周波数シフターの作用を良好に行える。
【００６７】以上、本発明の実施例を述べたが、ｓｉｎ
θ／λがほぼ一定になる様に前記レーザー光を前記移動
物体に入射させる光学系としては、回折格子２枚構成で
も良く、回折格子２枚、レンズを組み合わせたものでも
良く、その他の構成でも本発明の範囲とする所である。
θ／λがほぼ一定になる様に前記レーザー光を前記移動
物体に入射させる光学系としては、回折格子２枚構成で
も良く、回折格子２枚、レンズを組み合わせたものでも
良く、その他の構成でも本発明の範囲とする所である。
【００６８】また、本発明の実施例では電気光学結晶
（一軸性結晶）として、LiNbO3について述べたが、ADP
やLiTaO3に置き換えても同様の効果をもつ。
（一軸性結晶）として、LiNbO3について述べたが、ADP
やLiTaO3に置き換えても同様の効果をもつ。
【００６９】以上レーザードップラー速度計への周波数
シフターの適用例を示したが、エンコーダに適用しても
良い。エンコーダでは被測定物にスケール（回折格子）
を配置するものであり、周波数シフターを適用するとス
ケールが静止している状態でも信号出力が交流信号であ
るためにセンサーの帯域を狭くでき信号Ｓ／Ｎが向上す
るなど、レーザードップラー速度計同様付加価値技術と
して有効である。
シフターの適用例を示したが、エンコーダに適用しても
良い。エンコーダでは被測定物にスケール（回折格子）
を配置するものであり、周波数シフターを適用するとス
ケールが静止している状態でも信号出力が交流信号であ
るためにセンサーの帯域を狭くでき信号Ｓ／Ｎが向上す
るなど、レーザードップラー速度計同様付加価値技術と
して有効である。
【００７０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば電気
光学結晶を用いた簡易構成でありながら電気光学結晶に
周期電圧印加を行うことで被測定物が低速であっても測
定可能であり、且つレーザー波長の変動に検出結果が影
響されない構成であって、この際の光線の時間的または
空間的な入射角変動にも影響されない正確な測定が可能
な変位情報測定装置が実現される。
光学結晶を用いた簡易構成でありながら電気光学結晶に
周期電圧印加を行うことで被測定物が低速であっても測
定可能であり、且つレーザー波長の変動に検出結果が影
響されない構成であって、この際の光線の時間的または
空間的な入射角変動にも影響されない正確な測定が可能
な変位情報測定装置が実現される。
【００７１】
【００７２】
【図１】レーザードップラー速度計の従来例を示す図
【図２】レーザーダイオードの発振周波数の温度依存性
を示す一例図
を示す一例図
【図３】回折格子の説明図
【図４】回折格子を用いたレーザードップラー速度計の
説明図
説明図
【図５】Foordらの従来例を説明する図
【図６】鋸歯波（セロダイン）駆動を説明する図
【図７】本発明の第１実施例の構成図
【図８】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向と
の関係を示す図
の関係を示す図
【図９】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向と
の関係を示す図
の関係を示す図
【図１０】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１１】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１２】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１３】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１４】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１５】電気光学結晶のｃ軸と電界方向及び偏向方向
との関係を示す図
との関係を示す図
【図１６】本発明の第２実施例の構成図
１ レーザーダイオード
２ コリメーターレンズ
３ レーザー光束
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ レーザー光束
６ ミラー
７ 被検物体
８ 集光レンズ
９ 光検出器
１０ａ、１０ｂ 電気光学結晶
１１ａ、１１ｂ 電極
１５ レンズ
１６、１７ レンズ
２０ 回折格子
２１ ミラー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−25793（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−341043（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−232620（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−32032（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−44312（ＪＰ，Ａ)
米国特許4229073（ＵＳ，Ａ)
米国特許3649125（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 7/48 - 7/51
G01S 17/00 - 17/95
G01P 3/36
G01P 5/00
G02F 1/00 - 1/125
Claims (3)
- 【請求項１】 波長が時間的に変動するレーザー光源
と、 該レーザー光源からのレーザー光束を分割し、前記レー
ザー光源の時間的な波長の変動に伴って時間的または空
間的に出射方向の変化する２光束を得る回折格子と、 前記２光束を用いて被測定領域上に干渉縞を形成する光
学系と、を有する変位情報測定装置において、 前記光学系は 電気光学結晶と、 該電気光学結晶に所定の周期電圧を印加する手段と、 前記干渉縞を形成された被測定領域からの光を該光の周
波数変移から被測定領域の変位情報を測定すべく受光す
る検出手段とを有し、 前記電気光学結晶の光学軸と前記電圧印加手段による電
界方向と前記電気光学結晶に入射する光束の偏光方向と
を全て平行にするか、または前記電界方向に対し前記光
学軸と前記偏光方向の一方を平行に、他方を垂直になる
ように配置したことを特徴とする変位情報測定装置。 - 【請求項２】 波長λの前記レーザー光束を所定の入射
角θで移動物体に入射させ且つレーザー光の波長λの変
化に応じて前記入射角θをｓｉｎθ／λがほぼ一定にな
る様に変化させることを特徴とする請求項１の変位情報
測定装置。 - 【請求項３】 前記電気光学結晶はＬｉＮｂＯ３であ
り、前記光学軸と前記電界方向と前記偏光方向とを全て
平行にすることを特徴とする請求項１の変位情報測定装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14460994A JP3491969B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 変位情報測定装置 |
| US08/493,539 US5640239A (en) | 1994-06-27 | 1995-06-22 | Optical device and displacement information measurement apparatus using the same |
| DE69531647T DE69531647T2 (de) | 1994-06-27 | 1995-06-26 | Optische Vorrichtung und diese verwendendes Verschiebungsinformationmessgerät |
| EP95109915A EP0690332B1 (en) | 1994-06-27 | 1995-06-26 | Optical device and displacement information measurement apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14460994A JP3491969B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 変位情報測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0815435A JPH0815435A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3491969B2 true JP3491969B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=15366012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14460994A Expired - Lifetime JP3491969B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 変位情報測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5640239A (ja) |
| EP (1) | EP0690332B1 (ja) |
| JP (1) | JP3491969B2 (ja) |
| DE (1) | DE69531647T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3548275B2 (ja) * | 1995-05-12 | 2004-07-28 | キヤノン株式会社 | 変位情報測定装置 |
| US6690474B1 (en) * | 1996-02-12 | 2004-02-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for surface contour measurement |
| JP3647135B2 (ja) * | 1996-04-15 | 2005-05-11 | キヤノン株式会社 | 光学式変位情報測定装置 |
| US6151185A (en) * | 1996-09-05 | 2000-11-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting apparatus, positioning apparatus, and information recording apparatus using the same |
| JPH10227858A (ja) * | 1997-02-13 | 1998-08-25 | Canon Inc | 変位情報測定装置 |
| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
| AUPP381698A0 (en) * | 1998-05-29 | 1998-06-25 | University Of Sydney, The | Electro-, magneto- or acousto- optically controlled UV writing set up for bragg grating fabrication |
| US6128082A (en) * | 1998-09-18 | 2000-10-03 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Technique and apparatus for performing electronic speckle pattern interferometry |
| US6188482B1 (en) | 1998-09-18 | 2001-02-13 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Apparatus for electronic speckle pattern interferometry |
| JP4365927B2 (ja) | 1999-03-12 | 2009-11-18 | キヤノン株式会社 | 干渉計測装置及び格子干渉式エンコーダ |
| US6674066B1 (en) | 1999-04-16 | 2004-01-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
| JP2000321021A (ja) | 1999-05-10 | 2000-11-24 | Canon Inc | 干渉装置、変位測定装置、及びそれを用いた情報記録又は／及び再生装置 |
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| US7167615B1 (en) | 1999-11-05 | 2007-01-23 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Resonant waveguide-grating filters and sensors and methods for making and using same |
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| JP4142592B2 (ja) | 2004-01-07 | 2008-09-03 | シャープ株式会社 | 光学式移動情報検出装置およびそれを備えた電子機器 |
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- 1995-06-22 US US08/493,539 patent/US5640239A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1995-06-26 EP EP95109915A patent/EP0690332B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JPH0815435A (ja) | 1996-01-19 |
| US5640239A (en) | 1997-06-17 |
| DE69531647T2 (de) | 2004-07-29 |
| EP0690332B1 (en) | 2003-09-03 |
| DE69531647D1 (de) | 2003-10-09 |
| EP0690332A3 (en) | 1998-03-04 |
| EP0690332A2 (en) | 1996-01-03 |
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