(57)【要約】【課題】小型で低消費電力であり、その上、２次元の移動速度および移動方向を簡単な構造で検出できる光学式移動情報検出装置およびそれを備えた電子機器を提供することにある。【解決手段】ビームスプリッタ２ａ，２ｂによって、レーザーダイオード１が出射した光を第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２に分割する。第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を集光レンズ４で被測定物５の表面に集光することにより、ビームスポット１３を被測定物５の表面に形成する。ビームスポット１３からの拡散光をフォトダイオード６で受光し、フォトダイオード６が出力した信号を、増幅器７、アナログ／デジタル変換器８および高速フーリエ変換演算器９で増幅、波形整形する。このフーリエ変換によって得られたスペクトルのピーク周波数に基いて、被測定物５の例えば移動速度および移動方向を求める。【選択図】図１
2005195464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性の光を出射する半導体発光素子と、
上記半導体発光素子が出射した光を少なくとも３つの光束に分割する第１光分割手段と、
上記光束を用いて被測定物の表面に１点のスポットを形成する光学系と、
上記スポットからの拡散光を受光する受光手段と、
上記受光手段が出力した信号を処理する信号処理回路と
を備え、
上記信号処理回路は、
上記受光手段が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
上記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と
を含み、
上記フーリエ変換手段が求めたスペクトルのピーク周波数に基いて、上記被測定物の移動情報を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１光分割手段は上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、
上記第１光束と上記第２光束とを含む第１平面は、上記第１光束と上記第３光束とを含む第２平面とに対して垂直であることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記光学系は、上記第１光束、第２光束および第３光束を上記スポットに集光する集光手段を含み、
上記第１光束は、上記集光手段を配置する第３平面と、上記第１平面と、上記第２平面との交点である原点に入射し、
上記第２光束は、上記第３平面と上記第１平面の交線であるＸ軸上の第１入射点に入射し、
上記第３光束は、上記第３平面と第２平面の交線であるＹ軸上の第２入射点に入射し、
上記第１光束、第２光束および第３光束のそれぞれと上記第３平面との交点は直角三角形を形成し、
上記直角三角形は、上記Ｘ軸および上記Ｙ軸に関する第１象限に含まれ、
上記拡散光は、上記Ｘ軸および上記Ｙ軸に関する第３象限を通過することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１象限から上記第３象限にわたって延び、上記Ｘ軸と上記Ｙ軸とが成す角の２等分線と、上記拡散光の光軸とが交差することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記集光手段は集光レンズであることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数と、上記第１，第２ピーク周波数よりも低い周波数の第３ピーク周波数とを求め、
上記第１ピーク周波数を用いずに、上記第２ピーク周波数と上記第３ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項７】
請求項２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数と、上記第１，第２ピーク周波数よりも低い周波数の第３ピーク周波数とを求め、
上記第２ピーク周波数を用いずに、上記第１ピーク周波数と上記第３ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項８】
請求項２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数とを求め、
上記第１ピーク周波数を用いずに、上記第２ピーク周波数を用いて上記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項９】
請求項２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は第１，第２ピーク周波数を求め、
上記第１ピーク周波数と上記第２ピーク周波数との比により、上記被測定物の移動方向を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１光分割手段は、上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、
さらに、上記第１光束の光軸上に配置され、上記第１光束の偏光方向とほぼ４５°の角度を成す光学軸を有する波長板と、
上記第１光束、第２光束および第３光束を用いて上記被測定物の表面に１点の上記スポットを形成する上記光学系と、
上記スポットからの上記拡散光を第１，第２信号光に分割する第２光分割手段と、
上記第１信号光の光軸上に配置された第１直線偏光子と、
上記第２信号光の光軸上に配置され、上記第１直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第２直線偏光子と
を備え、
上記受光手段は、上記第１信号光を受光する第１受光手段と、上記第２信号光を受光する第２受光手段とを含み、
上記第１信号光に関する上記ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記ピーク周波数との少なくとも一方に基いて、上記被測定物の移動速度を求め、
上記第１信号光に関する位相と、上記第２信号光に関する位相とに基いて、上記被測定物の移動方向を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は、上記第１信号光に関する第４ピーク周波数、第５ピーク周波数および第６ピーク周波数を求めると共に、上記第２信号光に関する第７ピーク周波数、第８ピーク周波数および第９ピーク周波数を求め、
上記第４ピーク周波数に対応する信号と上記第７ピーク周波数に対応する信号との位相差、および、上記第５ピーク周波数に対応する信号と上記第８ピーク周波数に対応する信号との位相差により、上記被測定物の移動方向を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第４ピーク周波数、上記第５ピーク周波数、上記第７ピーク周波数および上記第８ピーク周波数のそれぞれに対する実数部および虚数部を上記フーリエ変換手段で求め、
上記実数部および虚数部に基づいて、上記第４ピーク周波数、上記第５ピーク周波数、上記第７ピーク周波数および上記第８ピーク周波数のそれぞれに対応する信号の位相を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記位相差の正負により上記被測定物の移動方向を検出することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記位相差の値が所定の範囲外の値を示したときは、上記被測定物は静止状態であると判断することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１光分割手段は上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、
上記第１光束と上記第２光束とを含む第１平面は、上記第１光束と上記第３光束とを含む第２平面とに対して垂直であり、
上記光学系は、上記第１光束、第２光束および第３光束を上記スポットに集光する集光手段を含み、
上記第１光束は、上記集光手段を配置する第３平面と、上記第１平面と、上記第２平面との交点である原点に入射し、
上記第２光束は、上記第３平面と上記第１平面の交線であるＸ軸上の第１入射点に入射し、
上記第３光束は、上記第３平面と第２平面の交線であるＹ軸上の第２入射点に入射し、
上記拡散光は、上記第１入射点に原点対称な点を通る光軸を有する第１信号光と、上記第２入射点に原点対称な点を通る光軸を有する第２信号光とを含み、
上記受光手段は、上記第１信号光を受光する第１受光手段と、上記第２信号光を受光する第２受光手段とを含むことを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記フーリエ変換手段は、上記第１信号光に関する上記ピーク周波数を複数求めると共に、上記第２信号光に関する上記ピーク周波数を複数求め、
上記第１信号光に関する上記複数のピーク周波数うちの最大ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記複数のピーク周波数のうち最大ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１信号光に関する上記複数のピーク周波数うちの最大ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記複数のピーク周波数のうち最大ピーク周波数との比により、上記被測定物の移動方向を検出することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記第１信号光を第３信号光と第４信号光との２つに分割する第３光分割手段と、
上記第２信号光を第５信号光と第６信号光との２つに分割する第４光分割手段と、
上記第３信号光の光軸上に配置された第３直線偏光子と、
上記第４信号光の光軸上に配置され、上記第３直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第４直線偏光子と、
上記第５信号光の光軸上に配置された第５直線偏光子と、
上記第６信号光の光軸上に配置され、上記第５直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第６直線偏光子と
を備え、
上記第１受光手段は、上記第３信号光を受光する第３受光手段と、上記第４信号光を受光する第４受光手段とを含み、
上記第２受光手段は、上記第５信号光を受光する第５受光手段と、上記第６信号光を受光する第６受光手段とを含むことを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記スペクトルのピーク強度の値が所定の閾値以下であるときは、上記被測定物は静止状態であると判断することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記デジタル信号の出力値が所定の時間内で所定の閾値以上になった点がｎ（ｎ：０を含まない自然数）点以下のときは、上記被測定物は静止状態であると判断することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記デジタル信号の出力値が所定の時間内で所定の閾値以上になった点がｎ（ｎ：０を含まない自然数）点を越えると、上記フーリエ変換手段による計算が開始することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置において、
上記スペクトルの最大ピーク強度の値がＮ（Ｎ：０を含まない自然数）以下のときは、記被測定物は静止状態であると判断することを特徴とする光学式移動情報検出装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の光学式移動情報検出装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電子機器において、
ポインティングデバイスに用いられることを特徴とする電子機器。
【請求項２５】
請求項２３に記載の電子機器において、
エンコーダに用いられることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式移動情報検出装置およびそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光源と観測者が相対的な運動をしている時、ドップラー効果により光は周波数の変化を受ける。レーザドップラー速度計（以下、ＬＤＶ（Laser Doppler Velocimeter）と言う。）はこの効果を利用して、移動する被測定物にレーザ光を照射して、その被測定物からの散乱光のドップラー周波数偏移を測定し、被測定物の移動速度を測定するものである。このＬＤＶは１９６４年にＹehとCumminsによって発表され（Appl. Phys. Lett. ４‐１０ (１９６４) １７６）、現在では一般に広く知られており、実用化されている。
【０００３】
図１２に従来の代表的なＬＤＶの光学系図を示す。
【０００４】
図１２において、１０１は半導体レーザであるレーザーダイオード（以下、ＬＤ（Laser Diode）と言う。）、１０２は受光素子であるフォトダイオード（以下、ＰＤ（Photo Diode）と言う。）、１０３は回折格子、１０４はコリメータレンズ（以下、ＣＬと言う。）、１０５はミラー、１０６は集光レンズ、１０７は回折格子１０３による＋１次回折光の第１の光束、１０８は回折格子１０３による−１次回折光の第２の光束、１１３は被測定物である。
【０００５】
上記構成の光学系では、ＬＤ１０１から出射したレーザ光はＣＬ１０４により平行光束に変換された後、回折格子１０３により角度θの回折角で±１次回折光に分割されて第１，第２の光束１０７，１０８となる。そして、第１，第２の光束１０７，１０８はそれぞれミラー１０５で反射された後、被測定物１１３の表面に入射角θでもって入射して再度重ね合わせられる。被測定物１１３により散乱された第１，第２の光束１０７，１０８はドップラー周波数偏移を受けており、ＬＤ１０１の発振周波数と若干異なる。このため、被測定物１１３により散乱された第１，第２の光束１０７，１０８の干渉波はうなりを生じる。このうなりをビート信号と呼ぶ。このビート信号のうなり周波数をＰＤ１０２でヘテロダイン検波することにより、被測定物１１３の移動速度を求めることができる。以下詳細に説明する。
【０００６】
いま、被測定物１１３が図１２のように右向きに移動する方向を正方向とすると、第１の光束１０７においては−ｆd、第２の光束１０８においては＋ｆdのドップラー周波数偏移を受け、第１の光束１０７の見かけの周波数は（ｆ0−ｆd）、第２の光束１０８の見かけの周波数は（ｆ0＋ｆd）となる。ただし、ｆ0はＬＤ１０１の発振周波数である。このとき、ＬＤ１０１から出射する光の電場は、Ｅ0・ｃｏｓ（２πｆ0ｔ）と表すことができるので、第１の光束１０７は次の式１で表すことができ、第２の光束１０８は次の式２で表わすことができる。
（式１）
2005195464.tif 000003
（式２）
2005195464.tif 000004
【０００７】
ただし、上記式１，２において、ｆ0はＬＤ１０１の出射光の周波数、Ｅ0はＬＤ１０１の出射光の振幅、ＥAは第１の光束１０７の振幅、ＥBは第２の光束１０８の振幅、φAは第１の光束１０７の位相、φBは第２の光束１０８の位相である。
【０００８】
光の周波数は一般に１００ＴＨｚ（１０14Ｈｚ）ぐらいであるので、式１や式２の周波数情報を直接測定することができない。このため、上記のようにヘテロダイン検波が一般に用いられ、ｆ0≫ｆdが成り立つので、式１と式２の干渉波は、
（式３）
2005195464.tif 000005
と表すことができる。ただし、式３で左辺の＜＞は時間平均を表す。よって、ＰＤ１０２によりこの干渉波の周波数を測定することができる。
【０００９】
図１３は被測定物１１３が移動速度Ｖで移動するとき、２つの光束がそれぞれ任意の角度α，βで被測定物１１３に入射し、任意の角度γで散乱光を受光した時の図である。
【００１０】
ドップラー効果による周波数の偏移量は厳密には相対論によるローレンツ変換を用いて求めるが、移動速度Ｖが光速ｃに比べて十分小さいときには、近似的に以下のように求めることができる。光源Ａ、光源Ｂからの光と移動物体の相対速度ＶA1，ＶB1は、
（式４）
2005195464.tif 000006
と表せる。また、上記被測定物１１３から見たそれぞれの光の見かけの周波数ｆA1，ｆB1は、
（式５）
2005195464.tif 000007
【００１１】
それぞれの散乱（反射）光と被測定物１１３の相対速度ＶA2，ＶB2は、
（式６）
2005195464.tif 000008
となる。よって、観測点から見た光の周波数ｆA2，ｆB2は、
（式７）
2005195464.tif 000009
と表すことができる。式７の周波数と入射光の周波数ｆ0（＝ｃ／λ）との差がドップラー周波数偏移量ｆdになる。いま、観測点で測定される２つの光束のうなり周波数２ｆdは、ｃ≫Ｖを用いて、
（式８）
2005195464.tif 000010
となり、観測点の位置（角度：γ）に依らないことがわかる。図１２においてはα＝β＝θであるので、図１２の一般的なＬＤＶ光学系において、式８より、
（式９）
2005195464.tif 000011
が成立する。よって、式３で表される周波数２ｆdを測定し、式９を用いて計算することにより、被測定物１１３の移動速度Ｖを求めることができる。
【００１２】
また、式９は幾何学的に次のように考えることも可能である。図１４は図１２の２つの光束（第１，第２の光束１０７，１０８）が再度重なり合う領域の拡大図である。それぞれ入射角θで２つの光束が交差しており、図中の破線はそれぞれの光束の等波面の一部を示している。この破線と破線との間隔が光の波長λとなる。また、垂直の太線が干渉縞の明部であり、その間隔をΔとすると、このΔは次の式１０で求まる。
（式１０）
2005195464.tif 000012
【００１３】
図１４のように、物体（●で図示）が移動速度Ｖで干渉縞に垂直に通過するとき、その周波数ｆは
（式１１）
2005195464.tif 000013
となり、式９と等しくなる。
【００１４】
また、以上のような一般的なＬＤＶにおいては上記のようにして移動速度を求めることはできるが、被測定物の移動方向を検知することはできない。これに対して、特開平３−２３５０６０号公報（特許文献１）では図１２の回折格子１０３を速度Ｖgで回転させることにより移動方向検知を可能としている。これにより、回折格子１０３で光が反射する際、それぞれの光束はＶgに比例したドップラー周波数偏移を受けるので、ＰＤ１０２で測定されるうなりの周波数２ｆdは、
（式１２）
2005195464.tif 000014
となる。よって、既知の速度Ｖgに対し、移動速度Ｖの符号（正負）により２ｆdの大小関係が決まるので移動方向を求めることができる。しかし、このような光学系においては、回折格子１０３の回転機構が必要であるため、装置の大型化、コスト増大となる。また、上記光学系では回折格子１０３の回転速度を精密に保つ必要があるが、偏心等による誤差や、回転による振動等のため回折格子１０３の回転速度に精密に保つのは困難である。したがって、上記光学系を精密な測定に用いることは困難であるという問題がある。
【００１５】
このような問題を解決する速度計が特開平４−２０４１０４号公報（特許文献２）に開示されている。この速度計では周波数シフタを用い、入射光束の周波数を変化させることにより被測定物の移動方向の検出を可能にしている。
【００１６】
図１５に上記速度計の光学系図を示す。
【００１７】
上記速度計によれば、レーザ光源１０１より出射した光は、ＣＬ１０４で平行光束となり、ビームスプリッタ（以下、ＢＳと言う。）１０９にて２つの光束に分割される。それぞれの光束はミラー１０５で反射された後、音響光学素子（以下、ＡＯＭと言う。）１１０によりｆ1，ｆ2の周波数シフトを受ける。そして、回折格子１０３により被測定物１１３の表面に再び集光されて、ＰＤ１０２を用いて被測定物１１３からの散乱光のうなり周波数を検出する。このとき検出される周波数２ｆdは、
（式１３）
2005195464.tif 000015
となる。よって、被測定物１１３の移動方向によりＶの符号が変わるので、既知の周波数シフト量|ｆ1−ｆ2｜に対する２ｆdの大小関係により、被測定物１１３の移動方向を検知することができる。
【００１８】
また、特開平８−１５４３５号公報（特許文献３）では、図１５の速度計と同様の原理によって、図１６に示す電気光学素子（以下、ＥＯＭと言う。）１１１を用いて周波数を変化させている。より詳しくは、レーザ光源であるＬＤ１０１より出射した光は、ＣＬ１０４で平行光束となった後、回折格子１０３にて２つの第１，第２の光束１０７，１０８に分割される。その第１，第２の光束１０７，１０８はともにＥＯＭ１１１に入射する。このとき、第２の光束１０８に対してはバイアスを印加してｆRだけ周波数をシフトさせる。そして、第１，第２の光束１０７，１０８はミラー１０５で反射された後、被測定物１１３の表面に集光される。この被測定物１１３の表面からの散乱光のうなり周波数をＰＤ１０２で検出する。このとき検出される周波数２ｆdは、
（式１４）
2005195464.tif 000016
となる。よって、式１３と同様、被測定物１１３の移動方向によりＶの符号が変わるので、既知の周波数シフト量ｆRに対する２ｆdの大小関係により移動方向を検出することができる。
【００１９】
しかしながら、上記ＡＯＭ１１０，ＥＯＭ１１１のような周波数シフタを用いて被測定物１１３の移動方向を検知する光学系においては、光学系が複雑になり、また周波数シフタを駆動するための電源等が必要となる。例えば、ＡＯＭ１１０により周波数変調を与えるために必要な電圧は約数十Ｖであり、また、ＥＯＭ１１１により周波数変調を与えるために必要な電圧は約百Ｖである。したがって、上記光学系を速度計に用いた場合、大型の電源が必要となるため、速度計が大型化してしまうという問題がある。
【００２０】
また、上記光学系で２次元の移動速度（図１５や図１６において、図中矢印に平行な方向の速度成分と、紙面に垂直な方向の速度成分と）を検出するには、光学系が２つ必要になる。より詳しくは、一方向の速度成分を一方の光学系で検出し、その一方向に直行する方向の速度成分を他方の光学系で検出するように、２つの光学系を配置しなければならない。さらに、それぞれの方向の成分を検出するために形成されるビームスポットからの散乱光は球面状に拡散するため、一方のビームスポットからの拡散光は他方のビームスポットを検出する受光素子にとってノイズとなってしまうため、光信号を分離する系が必要となってくる。したがって、上記光学系で２次元の移動速度を検出する場合は構造が複雑になるという問題がある。
【特許文献１】特開平３−２３５０６０号公報
【特許文献２】特開平４−２０４１０４号公報
【特許文献３】特開平８−１５４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の課題は、小型で低消費電力であり、その上、２次元の移動速度および移動方向を簡単な構造で検出できる光学式移動情報検出装置およびそれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するため、第１の発明の光学式移動情報検出装置は、
可干渉性の光を出射する半導体発光素子と、
上記半導体発光素子が出射した光を少なくとも３つの光束に分割する第１光分割手段と、
上記光束を用いて被測定物の表面に１点のスポットを形成する光学系と、
上記スポットからの拡散光を受光する受光手段と、
上記受光手段が出力した信号を処理する信号処理回路と
を備え、
上記信号処理回路は、
上記受光手段が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
上記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と
を含み、
上記フーリエ変換手段が求めたスペクトルのピーク周波数に基いて、上記被測定物の移動情報を求めることを特徴としている。
【００２３】
上記構成の光学式移動情報検出装置によれば、上記半導体発光素子が出射した光を第１光分割手段で少なくとも３つの光束に分割する。この少なくとも３つの光束を用いて光学系が被測定物の表面に１点のスポットを形成する。このスポットからの拡散光を受光手段で受光し、受光手段が出力した信号を信号処理回路で処理する。このとき、上記信号処理回路では、受光手段が出力したアナログ信号をアナログ／デジタル変換手段でデジタル信号に変換し、さらに、そのデジタル信号をフーリエ変換手段でフーリエ変換する。このフーリエ変換によって得られたスペクトルのピーク周波数に基いて、被測定物の移動情報、例えば移動速度および移動方向を求める。
【００２４】
このように、構成部品を回転させなくても、被測定物の移動情報を検出できるから、構成部品を回転させる装置を省ける分、小型にすることができる。また、上記構成部品を回転させる装置を用いないから、消費電力を低く抑えることができる。
【００２５】
また、上記１光分割手段で分割した少なくとも３つの光束を用いて被測定物の表面にスポットを形成するから、そのスポットからの拡散光を受光した受光手段の出力に基いて、被測定物の移動方向に対応した周波数偏移を検出することができる。したがって、２次元の移動速度および移動方向を簡単な構造で検出できる。
【００２６】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記第１光分割手段は上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、上記第１光束と上記第２光束とを含む第１平面は、上記第１光束と上記第３光束とを含む第２平面とに対して垂直である。
【００２７】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、
上記光学系は、上記第１光束、第２光束および第３光束を上記スポットに集光する集光手段を含み、
上記第１光束は、上記集光手段を配置する第３平面と、上記第１平面と、上記第２平面との交点である原点に入射し、
上記第２光束は、上記第３平面と上記第１平面の交線であるＸ軸上の第１入射点に入射し、
上記第３光束は、上記第３平面と第２平面の交線であるＹ軸上の第２入射点に入射し、
上記第１光束、第２光束および第３光束のそれぞれと上記第３平面との交点は直角三角形を形成し、
上記直角三角形は、上記Ｘ軸および上記Ｙ軸に関する第１象限に含まれ、
上記拡散光は、上記Ｘ軸および上記Ｙ軸に関する第３象限を通過する。
【００２８】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記第１象限から上記第３象限にわたって延び、上記Ｘ軸と上記Ｙ軸とが成す角の２等分線と、上記拡散光の光軸とが交差する。
【００２９】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記集光手段は集光レンズである。
【００３０】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数と、上記第１，第２ピーク周波数よりも低い周波数の第３ピーク周波数とを求め、上記第１ピーク周波数を用いずに、上記第２ピーク周波数と上記第３ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求める。
【００３１】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数と、上記第１，第２ピーク周波数よりも低い周波数の第３ピーク周波数とを求め、上記第２ピーク周波数を用いずに、上記第１ピーク周波数と上記第３ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求める。
【００３２】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は、第１ピーク周波数と、上記第１ピーク周波数よりも低い周波数の第２ピーク周波数とを求め、上記第１ピーク周波数を用いずに、上記第２ピーク周波数を用いて上記被測定物の移動速度を求める。
【００３３】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は第１，第２ピーク周波数を求め、上記第１ピーク周波数と上記第２ピーク周波数との比により、上記被測定物の移動方向を求める。
【００３４】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、
上記第１光分割手段は、上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、
さらに、上記第１光束の光軸上に配置され、上記第１光束の偏光方向とほぼ４５°の角度を成す光学軸を有する波長板と、
上記第１光束、第２光束および第３光束を用いて上記被測定物の表面に１点の上記スポットを形成する上記光学系と、
上記スポットからの上記拡散光を第１，第２信号光に分割する第２光分割手段と、
上記第１信号光の光軸上に配置された第１直線偏光子と、
上記第２信号光の光軸上に配置され、上記第１直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第２直線偏光子と
を備え、
上記受光手段は、上記第１信号光を受光する第１受光手段と、上記第２信号光を受光する第２受光手段とを含み、
上記第１信号光に関する上記ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記ピーク周波数との少なくとも一方に基いて、上記被測定物の移動速度を求め、
上記第１信号光に関する位相と、上記第２信号光に関する位相とに基いて、上記被測定物の移動方向を求める。
【００３５】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は、上記第１信号光に関する第４ピーク周波数、第５ピーク周波数および第６ピーク周波数を求めると共に、上記第２信号光に関する第７ピーク周波数、第８ピーク周波数および第９ピーク周波数を求め、上記第４ピーク周波数に対応する信号と上記第７ピーク周波数に対応する信号との位相差、および、上記第５ピーク周波数に対応する信号と上記第８ピーク周波数に対応する信号との位相差により、上記被測定物の移動方向を求める。
【００３６】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記第４ピーク周波数、上記第５ピーク周波数、上記第７ピーク周波数および上記第８ピーク周波数のそれぞれに対する実数部および虚数部を上記フーリエ変換手段で求め、上記実数部および虚数部に基づいて、上記第４ピーク周波数、上記第５ピーク周波数、上記第７ピーク周波数および上記第８ピーク周波数のそれぞれに対応する信号の位相を求める。
【００３７】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記位相差の正負により上記被測定物の移動方向を検出する。
【００３８】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記位相差の値が所定の範囲外の値を示したときは、上記被測定物は静止状態であると判断する。
【００３９】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、
上記第１光分割手段は上記半導体発光素子が出射した光を第１光束、第２光束および第３光束の３つに分割し、
上記第１光束と上記第２光束とを含む第１平面は、上記第１光束と上記第３光束とを含む第２平面とに対して垂直であり、
上記光学系は、上記第１光束、第２光束および第３光束を上記スポットに集光する集光手段を含み、
上記第１光束は、上記集光手段を配置する第３平面と、上記第１平面と、上記第２平面との交点である原点に入射し、
上記第２光束は、上記第３平面と上記第１平面の交線であるＸ軸上の第１入射点に入射し、
上記第３光束は、上記第３平面と第２平面の交線であるＹ軸上の第２入射点に入射し、
上記拡散光は、上記第１入射点に原点対称な点を通る光軸を有する第１信号光と、上記第２入射点に原点対称な点を通る光軸を有する第２信号光とを含み、
上記受光手段は、上記第１信号光を受光する第１受光手段と、上記第２信号光を受光する第２受光手段とを含む。
【００４０】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記フーリエ変換手段は、上記第１信号光に関する上記ピーク周波数を複数求めると共に、上記第２信号光に関する上記ピーク周波数を複数求め、上記第１信号光に関する上記複数のピーク周波数うちの最大ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記複数のピーク周波数のうち最大ピーク周波数との２乗和を計算することにより、上記被測定物の移動速度を求める。
【００４１】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記第１信号光に関する上記複数のピーク周波数うちの最大ピーク周波数と、上記第２信号光に関する上記複数のピーク周波数のうち最大ピーク周波数との比により、上記被測定物の移動方向を検出する。
【００４２】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、
上記第１信号光を第３信号光と第４信号光との２つに分割する第３光分割手段と、
上記第２信号光を第５信号光と第６信号光との２つに分割する第４光分割手段と、
上記第３信号光の光軸上に配置された第３直線偏光子と、
上記第４信号光の光軸上に配置され、上記第３直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第４直線偏光子と、
上記第５信号光の光軸上に配置された第５直線偏光子と、
上記第６信号光の光軸上に配置され、上記第５直線偏光子の光学軸に対してほぼ直交する光学軸を有する第６直線偏光子と
を備え、
上記第１受光手段は、上記第３信号光を受光する第３受光手段と、上記第４信号光を受光する第４受光手段とを含み、
上記第２受光手段は、上記第５信号光を受光する第５受光手段と、上記第６信号光を受光する第６受光手段とを含む。
【００４３】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記スペクトルのピーク強度の値が所定の閾値以下であるときは、上記被測定物は静止状態であると判断する。
【００４４】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記デジタル信号の出力値が所定の時間内で所定の閾値以上になった点がｎ（ｎ：０を含まない自然数）点以下のときは、上記被測定物は静止状態であると判断する。
【００４５】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記デジタル信号の出力値が所定の時間内で所定の閾値以上になった点がｎ（ｎ：０を含まない自然数）点を越えると、上記フーリエ変換手段による計算が開始する。
【００４６】
一実施形態の光学式移動情報検出装置では、上記スペクトルの最大ピーク強度の値がＮ（Ｎ：０を含まない自然数）以下のときは、記被測定物は静止状態であると判断する。
第２の発明の電子機器は、上記第１の発明の光学式移動情報検出装置を備えたことを特徴としている。
【００４７】
一実施形態の電子機器は、ポインティングデバイスに用いられる。
【００４８】
一実施形態の電子機器は、エンコーダに用いられる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の光学式移動情報検出装置は、半導体発光素子が出射した光を第１光分割手段で少なくとも３つの光束に分割し、この少なくとも３つの光束を用いて光学系が被測定物の表面に１点のスポットを形成し、このスポットからの拡散光を受けた受光手段の出力に基いて、被測定物の移動情報、例えば移動速度および移動方向を検出する。したがって、構成部品を回転させなくても、被測定物の移動情報を検出できるから、構成部品を回転させる装置を省ける分、小型にすることができる。また、上記構成部品を回転させる装置を用いないから、消費電力を低く抑えることができる。
【００５０】
また、上記１光分割手段で分割した少なくとも３つの光束を用いて被測定物の表面にスポットを形成するから、そのスポットからの拡散光を受光した受光手段の出力に基いて、被測定物の移動方向に対応した周波数偏移を検出することができる。したがって、２次元の移動速度および移動方向を簡単な構造で検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の光学式移動情報検出装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【実施例１】
【００５２】
図１に、本発明の実施例１のＬＤＶの概略構成図を示す。図１では光学部品等の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品等の図示は省略している。また、図１の破線の矢印は座標軸である。なお、図１においては、Ｘ軸とｘ軸とは平行であり、Ｙ軸とｙ軸とは平行であり、Ｚ軸とｚ軸とは一致している。
【００５３】
上記ＬＤＶは、半導体発光素子の一例としてのＬＤ１と、このＬＤ１が出射した光を３つの光束に分割する第１光分割手段と、その３つの光束を被測定物５の表面に導いて１点のビームスポット１３を形成する光学系と、そのビームスポット１３からの拡散光１５を受光する受光手段の一例としてのＰＤ６と、このＰＤ６が出力した信号を処理する信号処理回路とを備えている。なお、上記ＬＤ１は（０，０，ｚ1）に設置されている。また、上記被測定物５は、ｘ，ｙ軸を含むｘｙ平面に沿うように移動速度Ｖで移動する。このとき、上記被測定物５の表面はｘｙ平面内に存在する。
【００５４】
上記第１光分割手段はビームスプリッタ（以下、ＢＳと言う。）２ａ，２ｂから成っている。このＢＳ２ａはＬＤ１が出射した光を第３光束１２と他の光束とに分割する。一方、上記ＢＳ２ｂは上記他の光束を第１光束１０と第２光束１１とに分割する。
【００５５】
上記光学系は、第３光束１２を反射するミラー３ａと、第２光束１１を反射するミラー３ａと、第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を被測定物５の表面に集光する集光手段の一例としての集光レンズ４とから成っている。この集光レンズ４は、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面に重なるように配置さている。これにより、上記集光レンズ４は、Ｘ軸上の少なくとも２点と、Ｙ軸上の少なくとも２点とを含んでいる。ここでは、上記ＸＹ平面が第３平面の一例を構成している。
【００５６】
上記信号処理回路は、ＰＤ６が出力したアナログ信号を増幅する増幅器７と、この増幅器７によって増幅されたＰＤ６のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段の一例としてのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器８と、このＡ／Ｄ変換器８が出力した上記デジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段の一例としてのＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）演算器９とから成っている。
【００５７】
上記構成のＬＤＶによれば、まず、ＬＤ１より出射した光束は、ＢＳ２ａによって、＋Ｙ軸方向に進む第３光束１２と、Ｚ軸に重なる光束とに分割される。上記Ｚ軸と重なる光束は、Ｚ軸上に配置されたＢＳ２ｂによってＺ軸に重なる光束と＋Ｘ軸方向に進む第２光束１１とに分割される。
【００５８】
次に、上記第２光束１１がミラー３ｂで反射されて進行方向が変わり、第１光束１０と平行になる。また、上記第３光束も、ミラー３ａに反射されて進行方向が変わり、第１光束１０と平行になる。
【００５９】
次に、上記第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２が集光レンズ４に入射する。より詳しくは、上記第１光束１０はＸＹ平面の原点１４ａに入射し、第２光束１１はＸ軸上の第１入射点１４ｂに入射し、第３光束１２はＹ軸上の第２入射点１４ｂに入射する。このとき、上記第１，第２入射点１４ｂ，１４ｃは原点１４ａを中心とした同一円上に存在する。つまり、上記原点１４ａから第１入射点１４ｂまでの距離は、原点１４ａから第２入射点１４ｂまでの距離と一致している。
【００６０】
次に、上記第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を集光レンズ４が測定物５の表面に集光して、検出点となるビームスポット１３を被測定物５の表面に形成する。つまり、上記集光レンズ４を通過した１光束１０、第２光束１１および第３光束１２は被測定物５の表面上で重ね合わされて、ビームスポット１３が被測定物５の表面に形成される。このとき、上記第１，第２入射点１４ｂ，１４ｃは原点１４ａを中心とした同一円上に存在するから、被測定物５の表面に対する第２光束１１の入射角と、被測定物５の表面に対する第３光束１２の入射角とが等しくなっている。
【００６１】
次に、上記第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２は被測定物５の表面で散乱されて、集光レンズ４が含むビート信号出射点１６を通過した後、ＰＤ６で受光される。つまり、上記ビームスポット１３からの拡散光は集光レンズ４を介してＰＤ６で受光される。このとき、上記被測定物５の表面で拡散された各光束は、被測定物５の移動速度Ｖと、被測定物５の表面に対する入射角とに対応した周波数偏移を受け、うなりを示す干渉波（ビート）信号１５として集光レンズ４のビート信号出射点１６を通過した後、ＰＤ６に入射している。
【００６２】
次に、上記ＰＤ６がビームスポット１３からの拡散光を光電変換してビート信号１５を検出する。このとき、上記拡散光はＸＹ平面の第３象限内の直線Ｙ＝Ｘ上にあるビート信号出射点１６を通過するから、第２光束１１による拡散光と第３光束１２による拡散光とがほぼ同じ光量でＰＤ６に導かれている。これにより、上記ビート信号１５のＸ（ｘ）軸成分のＳ／Ｎ（信号対雑音比）と、ビート信号１５のＹ（ｙ）軸成分のＳ／Ｎとをほぼ等しくすることができ、移動速度の検出精度が向上している。
【００６３】
次に、上記ＰＤ６が出力したアナログ信号が増幅器７に入る。ここで、上記アナログ信号は、ＢＰＦ（Band Pass Filter：バンドパスフィルタ）等によってノイズ除去された後、ＡＣ（交流）成分を増幅されて波形整形される。
【００６４】
次に、上記増幅器７で波形整形されてＳ／Ｎが向上したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器８でデジタル信号に変換する。
【００６５】
次に、上記Ａ／Ｄ変換器８からのデジタル信号をＦＦＴ演算器９で受ける。このＦＦＴ演算器９によってビート信号１５の周波数が検出される。
【００６６】
以下、上記ＰＤ６で検出されるビート信号１５について詳細に説明する。
【００６７】
図１に示される本実施例の光学系において、ＰＤ６で検出されるビート信号１５には被測定物１５の移動方向に対応して最大３つの周波数が存在する。この３つの周波数とは、第１光束１０と第２光束１１の干渉によるビート信号１の周波数１：ｆd1と、第１光束１０と第３光束１２の干渉によるビート信号２の周波数２：ｆd2と、第２光束１１と第３光束１２の干渉によるビート信号３の周波数３：ｆd3とである。上記被測定物５の移動速度ＶをＶx（ｘ軸成分）とＶy（ｙ軸成分）とにベクトル分解すると、ビート信号１からＶxを検出することができ、また、ビート信号２からＶyを検出することができる。
【００６８】
上記第１光束１０はｚ軸に沿って被測定物１５の表面に垂直に入射し、第２光束１１および第３光束１２は被測定物１５の表面に入射角θで入射する。このため、上記式４から式７までの式を参考にすると、ビート信号１の周波数１：ｆd1は式８でα＝０，β＝θとして、
（式１５）
2005195464.tif 000017
と書くことができる。
【００６９】
また、上記ビート信号２の周波数２：ｆd2は、式８でα＝０，β＝θとして、
（式１６）
2005195464.tif 000018
と書くことができる。
【００７０】
また、上記ビート信号３の周波数３：ｆd3は、式８でα＝β＝θとして、
（式１７）
2005195464.tif 000019
と書くことができる。ただし、上記式１７における符号は、図１の状態の被測定物５が第１象限または第３象限へ向って移動するときは「−」となり、図１の状態の被測定物５が第２象限または第４象限へ向って移動するときは「＋」となる。
【００７１】
上記式１５から式１７までを用いて、第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２が被測定物５により拡散された各光束は上記式１、式２を参考にして以下のように記述することができる。
（式１８）
2005195464.tif 000020
（式１９）
2005195464.tif 000021
（式２０）
2005195464.tif 000022
【００７２】
ここで、上記式１９、式２０の符号の選択は下表１によって与えられる。
（表１）
被測定物の移動方向と符号の組み合わせ
2005195464.tif 000023
【００７３】
ただし、上記表１においては、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第１象限へ向う方向を「第１象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第２象限へ向う方向を「第２象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第３象限へ向う方向を「第３象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第４象限へ向う方向を「第４象限」と記載している。
【００７４】
よって、上記ＰＤ６で検出されるこれらの３光束のビート信号１５は、上記式３を参考にして、
（式２１）
2005195464.tif 000024
と記述でき、上述したように３つの周波数が混合したビート信号となることがわかる。
【００７５】
上記式２１における符号は、図１の状態の被測定物５が第１象限または第３象限へ向って移動するときは「−」となり、図１の状態の被測定物５が第２象限または第４象限へ向って移動するときは「＋」となる。
【００７６】
上記式２１で示される信号がＰＤ６で検出され、増幅器７のＢＰＦにより式２１のＤＣ（直流）成分が除去され、増幅器７でオペアンプ等を用いた増幅回路で式２１のＡＣ成分が増幅される。これにより、上記式２１で示される信号はＳ／Ｎのよい信号となり、次段のＡ／Ｄ変換器８へと入力されてデジタル信号に変換される。このデジタルデータにより次段のＦＦＴ演算器９でスペクトルが求められ、そのスペクトルのピーク周波数を検出することにより、上記ｆd1，ｆd2を検出する。
【００７７】
上述したように、上記第２光束１１はｘｚ平面に沿ってビームスポット１３に入射し、第３光束１２はｙｚ平面に沿ってビームスポット１３に入射している。このとき、上記ｘｚ平面とｙｚ平面とは直交しているため、次の式２２のように速度Ｖx，Ｖyを用いて被測定物５の移動速度Ｖを求めることができる。
（式２２）
2005195464.tif 000025
【００７８】
図２（ａ），（ｂ）に、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して１５５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号１５の波形およびＦＦＴスペクトルを示す。
【００７９】
図２（ｂ）に示すように、ＦＦＴスペクトルには４つのピーク周波数があるが、図中周波数４は被測定物５の表面反射に起因した低周波ノイズであり、被測定物５の移動によるドップラー周波数偏移をうけた信号ではない。図２（ａ），（ｂ）においては、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して１５５°の角度を成す方向に移動させている。つまり、図１の状態の被測定物５を第２象限へ向う方向に移動させている。この場合、上記式２１の符号の選択は「＋」になるから、図２（ｂ）の各周波数は、周波数１＝ｆdx＋ｆdy、周波数２＝ｆdx、周波数３＝ｆdyとなる。このように、図１の状態の被測定物５が第２象限へ向う方向に移動するときは、最大周波数である周波数１を除去して、周波数２と周波数３とを上記式２２に代入することにより、被測定物５の移動速度Ｖを求めることができる。以上の議論は、図１の状態の被測定物５が第４象限へ向う方向に移動する場合も同様である。なお、図２（ｂ）では、周波数１が第１ピーク周波数の一例であり、周波数２が第２ピーク周波数の一例であり、周波数３が第３ピーク周波数の一例である。
【００８０】
図３（ａ），（ｂ）に、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して１３５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号１５の波形およびＦＦＴスペクトルを示す。
【００８１】
図３（ａ），（ｂ）の場合も、図２（ａ），（ｂ）の場合と同様に、図１の状態の被測定物５を第２象限へ向う方向に移動させていることになる。図１の状態の被測定物５がｘ軸に対して１３５°の角度を成す方向に移動するとき、被測定物５の移動速度Ｖをベクトル分解すると、移動速度Ｖのｘ軸成分と移動速度Ｖのｙ軸成分とは等しく、かつ、ビームスポット１３に対する第２光束１１の入射角と、ビームスポット１３に対する第３光束１２の入射角とは等しくなるから、ｆdx＝ｆdyとなる。このため、図３（ｂ）では、周波数２はｆdxとｆdyとの２成分の和が一つのピークとして形成され、ｆdxまたはｆdyの２倍の周波数である周波数１が形成されるのみで、図２（ｂ）のような周波数３は見られない。このように、２本のピークしか存在しないときは、高い周波数の周波数１を除去し、低い周波数である周波数２をｆdxとｆdyとし、上記式２２にそれぞれ代入することにより被測定物５の移動速度Ｖを求めることができる。以上の議論は、図１の状態の被測定物５がｘ軸に対して３１５°の角度を成す方向に移動する場合も同様である。この場合、図１の状態の被測定物５が第４象限へ向う方向へ移動する。なお、図３（ｂ）では、周波数１が第１ピーク周波数の一例であり、周波数２が第２ピーク周波数の一例である。
【００８２】
図４（ａ），（ｂ）に、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して１５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号１５の波形およびＦＦＴスペクトルを示す。
【００８３】
図４（ｂ）では、図２（ｂ）と同様に、周波数４は低周波ノイズであって信号ではない。図４（ａ），（ｂ）においては、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して１５°の角度を成す方向に移動させている。つまり、図１の状態の被測定物５を第１象限へ向う方向に移動させている。この場合、上記式２１の符号の選択は「−」になるから、図３（ｂ）の各周波数は、周波数１＝ｆdx、周波数２＝|ｆdx−ｆdy|、周波数３＝ｆdyとなる。このように、図１の状態の被測定物５が第１象限へ向う方向に移動するときは、中間周波数である周波数２を除去して、周波数１と周波数３とを上記式２２に代入することにより、被測定物５の移動速度Ｖを求めることができる。以上の議論は、図１の状態の被測定物５が第３象限へ向う方向に移動する場合も同様である。なお、図４（ｂ）では、周波数１が第１ピーク周波数の一例であり、周波数２が第２ピーク周波数の一例であり、周波数３が第３ピーク周波数の一例である。
【００８４】
図５（ａ），（ｂ）に、図１の状態の被測定物５をｘ軸に対して４５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号１５の波形およびＦＦＴスペクトルを示す。
【００８５】
図５（ａ），（ｂ）の場合も、図４（ａ），（ｂ）の場合と同様に、図１の状態の被測定物５を第１象限へ向う方向に移動させていることになる。図１の状態の被測定物５がｘ軸に対して４５°の角度を成す方向に移動するとき、被測定物５の移動速度Ｖをベクトル分解すると、図３（ａ），（ｂ）と同様に、移動速度Ｖのｘ軸成分と移動速度Ｖのｙ軸成分とは等しく、かつ、ビームスポット１３に対する第２光束１１の入射角と、ビームスポット１３に対する第３光束１２の入射角とは等しくなるから、ｆdx＝ｆdyが成立する。よって、上記ＰＤ６で検出される周波数は、ｆdxと、ｆdyと、ｆdx−ｆdyとであるが、ｆdx＝ｆdyであるため、図５（ｂ）の場合、ｆdx−ｆdyは０となって、結局、ＰＤ６で検出されるピーク周波数は１つとなる。このように、１本のピークしか存在しないときは、そのピークの周波数をｆdxとｆdyとし、上記式２２にそれぞれ代入することにより、被測定物５の移動速度Ｖを求めることができる。以上の議論は、図１の状態の被測定物５がｘ軸に対して２２５°の角度を成す方向に移動するときも同様である。この場合、図１の状態の被測定物５が第３象限へ向う方向に移動する。
【００８６】
図６（ａ），（ｂ）に、図１の状態の被測定物５を＋ｘ軸方向へ移動させたときのビート信号１５の波形およびＦＦＴスペクトルを示す。
【００８７】
図６（ｂ）に示すように、ｙ軸方向の速度成分が０であるので、ピーク周波数はｆdxの一つのみである。このようにｘ，ｙ軸の各軸の方向へ移動するときはピーク周波数は一つのみになり、そのピーク周波数だけで被測定物５の移動速度を求めることができる。
【００８８】
しかし、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、第１象限の４５°方向や、第３象限の１３５°方向に移動する場合も、ピーク周波数は一つとなる。このため、図５（ａ），（ｂ）の場合と、図６（ａ），（ｂ）の場合との区別して判断するのは非常に困難だと考えられる。そこで、上記被測定物５の移動方向がある程度限定され、ｘ軸に対して例えば±４５°以下の角度を成す方向に沿った被測定物５の移動をモニターするときは、被測定物５が移動する方向が図２（ａ），（ｂ）または図４（ａ），（ｂ）の方向となるようにレーザ光の入射点を設定することが速度検出の容易さの観点から望ましいと言える。つまり、上記被測定物５の移動速度Ｖおよび移動方向の検出を簡単にする観点上、被測定物５が移動する方向が図２（ａ），（ｂ）または図４（ａ），（ｂ）の方向となるように、第２光束１１が集光レンズ４に入射する第１入射点１４ｂと、第３光束１２が集光レンズ４に入射する第２入射点１４ｂとを設定するのが好ましい。
【００８９】
また、上述のように、ｘ軸に対して例えば−４５°を越えかつ４５°未満の角度を成す方向に被測定物５が移動する場合、被測定物５の移動速度Ｖのｘ軸方向成分と、被測定物５の移動速度Ｖのｙ軸方向成分との比を求めることにより、被測定物５の移動方向を容易に特定することができる。つまり、図７に示すように、被測定物５の移動方向を示す点線矢印がｘ軸に対して４５°未満かつ０°以上の角度で交差する場合、被測定物５の移動速度Ｖをｘ軸方向成分Ｖxとｙ軸方向成分Ｖyとにベクトル分解すると、Ｖx＞Ｖyが成り立つ。この場合、上述のようにＦＦＴスペクトルにより求められるピーク周波数のうち、低周波ノイズ成分を除去すると、周波数が最も高い周波数１がｆdxであり、周波数が最も低い周波数３がｆdyである。よって、
（式２３）
2005195464.tif 000026
を計算すれば、被測定物３の移動方向を求めることができる。例えば図４（ａ），（ｂ）の場合、ｆdy／ｆdx＝０.２３となるから、被測定物３がｘ軸に対しておよそ１３°の角度を成す方向に移動すると判断することができる。
【００９０】
また、上記被測定物５の移動方向がｙ軸に対して−４５°を越えかつ０°以下の角度の範囲内にある場合も、つまり、ｘ軸に対して例えば１３５°未満かつ９０°以上の角度を成す方向に被測定物５が移動する場合も、上記と同様に扱うことができる。この場合は、ＦＦＴスペクトルにおいて、低周波ノイズ成分を除去すると、周波数が最も高い周波数１がｆdyであり、周波数が最も低い周波数３がｆdxである。このｆdx，ｆdyを式２３に代入すれば、被測定物５の移動方向を求めることができる。
【００９１】
上記式２３を用いた被測定物５の移動方向の検出は、ｘ軸より正の方向の角度について説明したが、負の方向についても同様に求めることができるが、説明は省略する。
【００９２】
また、上記式２３を用いた被測定物５の移動方向の検出は、第１象限および第３象限について説明したが、第２象限、第４象限についても、第１象限および第３象限の場合と全く同様の処理で被測定物５の移動方向を求めることができるが、説明は省略する。
【００９３】
本実施例は、ｘ軸またはｙ軸に対して０°以上かつ４５°未満の角度を成す方向、または、ｘ軸またはｙ軸に対して−４５°を越えかつ０°以下の角度を成す方向に移動する被測定物５の移動速度Ｖおよび移動方向を検出するのに有効である。
【００９４】
上記実施例１では、ＬＤ１を半導体発光素子の一例として用いていたが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を半導体発光素子の一例として用いてもよい。ただし、ＬＤはＬＥＤに比べコヒーレンス性が非常によく、上記式３で示される２光束の干渉によるうなりを容易に生じるので、ＬＥＤよりもＬＤを半導体発光素子の一例として用いる方が好ましい。
【００９５】
また、上記実施例１では、ＬＤ１より出射した光束を３分割する手段としてＢＳ２ａ，２ｂを用いていたが、このＢＳ２ａ，２ｂの代わりに例えば回折格子を用いてもよい。この回折格子は、ＬＤ１より出射した光束の光軸に対して溝が延びる方向が直交するように配置するのがよい。
【００９６】
また、上記実施例１では、第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を集光レンズ４で被測定物５の表面の一点に集光していたが、第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を例えば適当なミラーで反射して被測定物５の表面の一点に集光してもよい。つまり、第１光束１０、第２光束１１および第３光束１２を適当なミラーで反射して被測定物５の表面にビームスポット１３を形成してもよい。
【００９７】
上記実施例１では、ＢＳ２ｂから集光レンズ４までの第１光束１０と、ミラー３ｂから集光レンズ４までの第２光束１１とを含む第１平面は、ＢＳ２ｂから集光レンズ４までの第１光束１０と、ミラー３ａから集光レンズ４までの第３光束１２とを含む第２平面に対して９０°の角度で交差していたが、上記第１平面は上記第２平面に対して９０°以外の角度で交差してもよい。
【００９８】
上記実施例１では、上記第１平面および上記第２平面はＸＹ平面に対して９０°の角度で交差していたが、上記第１平面および上記第２平面はＸＹ平面に対して９０°以外の角度で交差してもよい。
【００９９】
上記実施例１では、原点１４ａ、第１入射点１４ｂおよび第２入射点１４ｃは直角三角形を形成していたが、原点１４ａ、第１入射点１４ｂおよび第２入射点１４ｃは直角三角形以外の三角形を形成してもよい。また、上記原点１４ａ、第１入射点１４ｂおよび第２入射点１４ｃが形成する三角形は、Ｘ，Ｙ軸に関する第１象限以外の象限、例えば第３象限に含まれるように設定してもよい。
【０１００】
上記実施例１では、ビート信号１５の光軸が直線Ｙ＝Ｘと交わるように光学系を設定していたが、ビート信号１５の光軸が直線Ｙ＝Ｘ以外の直線と交わるように光学系を設定してもよい。
【０１０１】
上記実施例１では、ビート信号１５がＸ，Ｙ軸に関する第３象限を通過していた、ビート信号１５が第２象限または第４象限を通過してもよい。
【０１０２】
上記実施例１の変形例は以後の全ての実施例においても適用することができるが、上記実施例１の変形例を以降の実施例に適用した場合の説明は省略する。
【実施例２】
【０１０３】
図８に、本発明の実施例２のＬＤＶの概略構成図を示す。図８では光学部品等の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品等の図示は省略している。また、図８の破線の矢印は座標軸である。なお、図８においては、Ｘ軸とｘ軸とは平行であり、Ｙ軸とｙ軸とは平行であり、Ｚ軸とｚ軸とは一致している。また、図８において、図１に示した実施例１の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明は省略する。
【０１０４】
上記ＬＤＶは、第１光束１０の光軸上に配置された波長板の一例としての１／４波長板１７と、ビート信号１５の光軸上に配置された第２光分割手段の一例としてのＢＳ２ｃとを備えている。
【０１０５】
上記１／４波長板１７は、ＢＳ２ｂと集光レンズ４との間に位置し、第１光束１０が通過する。また、上記１／４波長板１７は入射光束の偏光方向に対して進相軸と遅相軸とがほぼ４５°傾いて配置されている。例えば、上記集光レンズ４上のＸＹ座標軸を用いて説明すると、上記１／４波長板１７は、進相軸がＹ＝Ｘと平行に、かつ、遅相軸がＹ＝−Ｘと平行になるように配置されている。あるいは、上記１／４波長板１７は、遅相軸がＹ＝Ｘと平行に、かつ、進相軸がＹ＝−Ｘと平行になるように配置されている。このように１／４波長板１７を配置していることにより、１／４波長板１７を通過した第１光束１０は直線偏光から円偏光に変換される。
【０１０６】
上記ＢＳ２ｃは、集光レンズ４のビート信号出射点１６を通過して平行光束になったビート信号１５が入射するように配置されている。上記ビート信号１５は、ＢＳ２ｃによって、第１信号光の一例としてのビート信号１５ａと、第２信号光の一例としてのビート信号１５ｂとの２光束に分割される。そして、上記ビート信号１５ａは、第１直線偏光子１８ａを介して第２受光手段の一例としてのＰＤ６ａに入射する。一方、上記ビート信号１５ｂはミラー３ｃで進行方向が変えられた後、第２直線偏光子１８ｂを介して第２受光手段の一例としてのＰＤ６ｂに入射する。上記第１，第２直線偏光子１８ａ，１８ｂは、第１直線偏光子１８ａの光学軸と直線偏光子１８ｂの光学軸とが直交するように配置されている。例えば、上記第１直線偏光子１８ａは光学軸が１／４波長板１７の進相軸と同一方向となるように配置され、直線偏光子１８ｂは光学軸が１／４波長板１７の遅相軸と同一方向となるように配置されている。あるいは、上記第１直線偏光子１８ａは光学軸が１／４波長板１７の遅相軸と同一方向となるように配置され、直線偏光子１８ｂは光学軸が１／４波長板１７の進相軸と同一方向となるように配置されている。上記ＰＤ６ａ，６ｂで受光されたビート信号１５ａ，１５ｂは、増幅器７ａ，７ｂをＡ／Ｄ変換器８ａ，８ｂを順に通過した後、ＦＦＴ演算器９ａ，９ｂに入る。このＦＦＴ演算器９ａ，９ｂによってビート信号１５ａ，１５ｂの周波数および位相が検出される。
【０１０７】
以下、上記ＰＤ６ａ，６ｂで検出されるビート信号１５ａ，１５ｂについて詳細に説明する。
【０１０８】
上記被測定物５の表面に入射する第１光束１０は円偏光に変換されているので、被測定物５で反射して拡散した各光束は次のように書くことができる。
（式２４）
2005195464.tif 000027
（式２５）
2005195464.tif 000028
（式２６）
2005195464.tif 000029
【０１０９】
ただし、上記ｆdxとｆdyは被測定物５の移動速度Ｖに比例した周波数偏移量ｆdをｘ軸方向とｙ軸方向とにベクトル分解したものである。これらの３光束はＢＳ２ｃでそれぞれ分割されて第１，第２直線偏光子１８ａ，１８ｂを通過し、ＰＤ６ａでは進相軸成分のみが、ＰＤ６ｂでは遅相軸成分のみが検出される。ここで、上記進相軸成分は上記式２４において位相遅れが生じていない（ｉ）の式で表され、また、上記遅相軸成分は上記式２４において位相遅れがπ／２生じている（ii）の式で表される。また、上記式２５や式２６で表される第２光束１１や第３光束１２は直線偏光状態で第１，第２直線偏光子１８ａ，１８ｂに入射するが、第１，第２直線偏光子１８ａ，１８ｂのそれぞれの光学軸が直線偏光の振動方向に対してほぼ４５°傾いているため、ＰＤ６ａ，６ｂに入射する成分は上記式２５，２６の１／√２倍とみなすことができる。よって、上記ＰＤ６ａ，ＰＤ６ｂに入射する光束は、
（式２７）
2005195464.tif 000030
（式２８）
2005195464.tif 000031
となる。これらからＰＤ６ａ，ＰＤ６ｂで検出されるビート信号１５ａ，１５ｂは次のように書くことができる。
（式２９）
2005195464.tif 000032
（式３０）
2005195464.tif 000033
【０１１０】
上記式２９と式３０との符号の選択は被測定物５の移動方向に依存しており、下表にその一覧を示す。
（表２）
被測定物の移動方向と符号の組み合わせ一覧
2005195464.tif 000034
【０１１１】
ただし、上記表２においては、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第１象限へ向う方向を「第１象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第２象限へ向う方向を「第２象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第３象限へ向う方向を「第３象限」と記載し、ｘ，ｙ軸の原点（０，０）から第４象限へ向う方向を「第４象限」と記載している。
【０１１２】
上記ＦＦＴ演算器９ａ，９ｂにおいてビート信号１５ａ，１５ｂの周波数を上記実施例１と同様にして検出する。そして、上記ＦＦＴ演算器９ａ，９ｂのＦＦＴ演算による周波数検出時に、ｆdxおよびｆdyの位相が同時に求められる。また、上記ビート信号１５ａ，１５ｂの位相の検出はＦＦＴ演算結果の実数部と虚数部の比により求めることができる。具体的には、信号の位相をφとすると、次式３１で求められる。
（式３１）
2005195464.tif 000035
【０１１３】
ここで、図８を用いて説明すると、ＦＦＴ演算器９ａによって、周波数１、周波数２および周波数３が検出され、周波数１の信号の位相１ａと周波数２の信号の位相２ａとが同時に検出される。ここでは、上記周波数３の信号の位相も検出することはできるが、不要なので検出していない。本実施例における周波数１、周波数２および周波数３は、上記実施例１における周波数１、周波数２および周波数３の扱いとは異なっている。本実施例において、周波数１はｆdx：ｘ軸方向成分とし、周波数２はｆdy：ｙ軸方向成分とし、周波数３はｆdx±ｆdyとする。また、上記ＦＦＴ演算器９ａと同様に、ＦＦＴ演算器９ｂによって、周波数１、周波数２、周波数３、周波数１、周波数２および周波数３が検出され、周波数１の信号の位相１ｂと周波数２の信号の位相２ｂとが同時に検出される。そして、それらの位相差を検出することにより、上記表２に示されるように被測定物５の移動方向を特定することができる。なお、本実施例では、ＦＦＴ演算器９ａによって検出された周波数１が第４ピーク周波数の一例であり、ＦＦＴ演算器９ａによって検出された周波数２が第５ピーク周波数の一例であり、ＦＦＴ演算器９ａによって検出された周波数３が第６ピーク周波数の一例であり、ＦＦＴ演算器９ｂによって検出された周波数１が第７ピーク周波数の一例であり、ＦＦＴ演算器９ｂによって検出された周波数２が第８ピーク周波数の一例であり、ＦＦＴ演算器９ｂによって検出された周波数３が第９ピーク周波数の一例である。
【０１１４】
上記位相差は正確には±π／２の値で検出されるが、上記表２のようにその正負の符号のみを検出することにより被測定物５の移動方向を判別できる。また、理想的には位相差の値は±π／２で検出されるため、位相差に一定範囲の閾値を設けその範囲内において符号の正負を判断するようにし、その範囲外の位相差を示したとき被測定物５は静止状態と判断することにより、誤動作による移動量の誤差を少なくすることができる。
【０１１５】
本実施例においては、被測定物５の移動速度Ｖの検出に関しては上記実施例１と同じであるが、被測定物５の移動方向の検出精度は上記実施例１よりも高くなっている。例えば、上記実施例１では図７において第１象限方向への移動と第３象限方向への移動とに関しては同じ信号が検出されるため、第１象限方向への移動と第３象限方向への移動とを区別することはできないが、本実施例においては信号の位相差を検出することにより、上記表２に示すように、第１象限方向への移動と第３象限方向への移動とを区別することができる。
【０１１６】
本実施例は、ｘ軸またはｙ軸に対して０°以上かつ４５°未満の角度を成す方向、または、ｘ軸またはｙ軸に対して−４５°を越えかつ０°以下の角度を成す方向に移動する被測定物５の移動速度Ｖおよび移動方向（移動角度、移動の順方向、移動の逆方向）に関する移動情報を検出するのに有効である。
【０１１７】
本実施例は、ビート信号１５ａに関する周波数１の信号の位相１ａと、ビート信号１５ｂに関する周波数１の信号の位相１ｂとの位相差、および、ビート信号１５ａに関する周波数２の信号の位相２ａと、ビート信号１５ｂに関する周波数２の信号の位相２ｂとの位相差により、被測定物５の移動方向を求めてもよいし、または、ビート信号１５ａに関する周波数２の信号の位相２ａと、ビート信号１５ｂに関する周波数２の信号の位相２ｂとの位相差、および、第１，第２ビート信号１５ａ，１５ｂに関する周波数３により、被測定物５の移動方向を求めてもよい。あるいは、ビート信号１５ａに関する周波数１の信号の位相１ａと、ビート信号１５ｂに関する周波数１の信号の位相１ｂとの位相差、および、第１，第２ビート信号１５ａ，１５ｂに関する周波数３により、被測定物５の移動方向を求めてもよい。
【実施例３】
【０１１８】
図９に、本発明の実施例３のＬＤＶの概略構成図を示す。図９では光学部品等の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品等の図示は省略している。また、図９の破線の矢印は座標軸である。なお、図９においては、Ｘ軸とｘ軸とは平行であり、Ｙ軸とｙ軸とは平行であり、Ｚ軸とｚ軸とは一致している。また、図９において、図１に示した実施例１の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明は省略する。
【０１１９】
上記ＬＤＶにおいては、ビームスポット１３から拡散されるビート信号の検出系が２つ存在する。より詳しくは、上記ビームスポット１３からはビート信号，１５ｂが出射され、ビート信号１５ａの光束の光軸は集光レンズ４のビート信号出射点１６ａを通り、ビート信号１５ｂの光束の光軸は集光レンズ４のビート信号出射点１６ｂを通る。上記ビート信号出射点１６ａは第１入射点１４ｂの原点対称となるＸ軸上に位置し、ビート信号出射点１６ｂは第２入射点１４ｂの原点対称となるＹ軸上に位置している。このようなビート信号出射点１６ａ，１６ｂの配置によって、第２光束１１の正反射光をＰＤ６ａで受けると共に、第３光束１２の正反射光をＰＤ６ｂで受けている。
【０１２０】
上記ビート信号出射点１６ａを通ったビート信号１５ａはＰＤ６ａに入射し、ビート信号出射点１６ｂを通ったビート信号１６ｂを通ったビート信号１６ｂはＰＤ６ｂに入射する。上記ＰＤ６ａ，６ｂで検出された各信号の処理は上記実施例１と同様で、各信号に対して上記第１実施例１と同じ処理が施される。より詳しくは、上記ＰＤ６ａ，６ｂで検出された信号は、増幅器７ａ，７ｂでノイズ除去および増幅された後、Ａ／Ｄ変換器８ａ，８ｂでデンタル信号に変換されて、ＦＦＴ演算器９ａ，９ｂによって複数のピーク周波数が検出される。このとき、上記複数のピーク周波数の中には、被測定物５のｘ軸方向の移動に関する周波数ｆdxと、被測定物５のｙ軸方向の移動に関する周波数ｆdyと、ｆdx±ｆdyの周波数とがある。上記周波数ｆdxは図９の周波数１に相当し、周波数ｆdyは図９の周波数２に相当し、ｆdx±ｆdyの周波数は図９の周波数３に相当する。
【０１２１】
上記ビームスポット１３から拡散される拡散光の光強度は正反射方向に対して最も強くなる。よって、上記ビート信号１５ａに対しては第２光束１１からの光強度が最も強くなるため、上記式２１において、
（式３２）
2005195464.tif 000036
が成り立つ。
【０１２２】
また、上記第１光束１０と第３光束１２とに対しては両光束とも乱反射による拡散光がビート信号１５ａに含まれるが、第１光束１０は被測定物５に対して垂直入射であるため反射光強度はｚ軸を中心とした同心円上の強度分布を示し、第３光束１２はビームスポット１３と集光レンズ４の点１６ｂを結ぶ受光軸を中心とした同心円状の強度分布を示す。このため、上記ビート信号１５ａの受光軸上の点１６ａでは、一般に、
（式３３）
2005195464.tif 000037
が成り立つ。
【０１２３】
よって、上記式３２と式３３とに基いて、
（式３４）
2005195464.tif 000038
と書くことができる。
【０１２４】
上記式３４と式２１とにより、ビート信号１５ａに含まれる各周波数成分のＦＦＴスペクトルのピーク強度は、
（式３５）
2005195464.tif 000039
となる。
【０１２５】
上記式３５と同様に考えて、ビート信号１５ｂに含まれる各周波数成分のＦＦＴスペクトルのピーク強度は、
（式３６）
2005195464.tif 000040
となる。
【０１２６】
上記実施例１で説明したように、実施例１ではｘ軸成分およびｙ軸成分のピークを判断するためには、例えば被測定物５の移動方向がｘ軸に対して４５°未満の角度を成すときはｆdx＞ｆdyとなることを利用しており、被測定物５の移動方向の範囲を制限していた。これに対して、本実施例は、ＦＦＴスペクトルに存在する複数の周波数ピークのうち、被測定物５の移動速度Ｖをベクトル分解したｘ軸成分のピークとｙ軸成分のピークとを上記式３５，３６を用いて容易に判断することができ、上記式２３を用いてｘ軸成分の速度とｙ軸成分の速度との比を検出することにより、ｘ軸に対して０°以上かつ９０°未満の角度を成す移動方向を検出することが可能である。
【０１２７】
本実施例は、ｘ軸またはｙ軸に対して０°以上かつ９０°未満の角度を成す方向に移動する被測定物５の移動速度Ｖおよび移動方向（移動角度、移動の順方向、移動の逆方向）に関する移動情報を検出するのに有効である。
【実施例４】
【０１２８】
図１０に本発明の実施例３のＬＤＶの照射系の概略構成図を示し、図１１に上記ＬＤＶの受光系の概略構成図を示す。図１０，１１では光学部品等の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品等の図示は省略している。また、図１０，１１の破線の矢印は座標軸である。なお、図１０，１１においては、Ｘ軸とｘ軸とは平行であり、Ｙ軸とｙ軸とは平行であり、Ｚ軸とｚ軸とは一致している。また、図１０，１１において、図８に示した実施例２の構成部と同一構成部は、図８における構成部と同一参照番号を付して説明は省略する。そして、図１０，１１において、図９に示した実施例３の構成部と同一構成部も、図９における構成部と同一参照番号を付して説明は省略する。
【０１２９】
上記ＬＤＶは、図１０の照射系の構成部と、図１１の受光系の構成部とを備えている。つまり、上記ＬＤＶは、上記実施例２の構成と上記実施例３の構成とを足し合わせた構成となっている。上記ＬＤＶの照射系においては、図１０に示すように、上記実施例２のように第１光束１０上に１／４波長板１７が配置されている。また、上記ＬＤＶの受光系においては、図１１に示すように、上記実施例３のような第１，第２信号光の一例としてのビート信号１５ａ，１５ｂを用いている。また、上記ＬＤＶの受光系においては、上記実施例２のようにビート信号１５ａ，１５ｂのそれぞれを２光束に分けている。
【０１３０】
上記ビート信号１５ａは、第３光分割手段の一例としてのＢＳ２ｄによって、第４信号光の一例としてのビート信号１５ｃと、第４信号光の一例としてのビート信号１５ｄとに分割される。そして、上記ビート信号１５ｃは第３直線偏光子１８ｃを介して第３受光手段の一例としてのＰＤ６ｃに入射する。一方、上記ビート信号１５ｄはミラー３ｄで進行方向が変えられた後、第４直線偏光子１８ｄを介して第４受光手段の一例としてのＰＤ６ｄに入射する。
【０１３１】
上記ビート信号１５ｂは、第４光分割手段の一例としてのＢＳ２ｅによって、第５信号光の一例としてのビート信号１５ｅと、第６信号光の一例としてのビート信号１５ｆとに分割される。そして、上記ビート信号１５ｅは第５直線偏光子１８ｅを介して第５受光手段の一例としてのＰＤ６ｅに入射する。一方、上記ビート信号１５ｆはミラー３ｅで進行方向が変えられた後、第５直線偏光子１８ｆを介して第６受光手段の一例としてのＰＤ６ｆに入射する。
【０１３２】
上記ＰＤ６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆで受光されたビート信号１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、増幅器７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆをＡ／Ｄ変換器８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを順に通過した後、ＦＦＴ演算器９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆに入る。このＦＦＴ演算器９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆによってビート信号１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの周波数および位相が検出される。
【０１３３】
なお、上記１／４波長板１７、第３直線偏光子１８ｃ、第４直線偏光子１８ｄ、第５直線偏光子１８ｅおよび第６直線偏光子１８ｆの光学軸の向きは上記実施例２と同じにしている。
【０１３４】
上記構成のＬＤＶは、上記実施例２で示したビート信号の位相差を用いた被測定物５の移動方向の検出と、上記実施例３で示したＦＦＴスペクトル中のｘ軸成分とｙ軸成分のピーク判定との２つの特徴を持っている。これにより、ｘｙ平面内における被測定物５の移動速度Ｖおよび移動方向の情報は、３６０°全方位について検出可能である。
【０１３５】
本実施例は、上記のようにｘｙ平面内の任意の２次元の被測定物の移動情報を検出するときに対して有効である。
【０１３６】
また、上記実施例１から実施例４までの全ての実施例においては、ビート信号のＦＦＴスペクトルのピーク周波数が閾値以下のとき、被測定物は静止状態と検出するように設定されている。図２のＦＦＴスペクトルを例にとって説明すると、４００Ｈｚ以下のピークはノイズとなるため、一例として４００Ｈｚに閾値を設け、４００Ｈｚ以下のスペクトルは除去する。これにより、スペクトル内のピークは３本となり、各実施例で説明した効果を得ることができる。
【０１３７】
さらに、上記全ての実施例においては、Ａ／Ｄ変換器の出力値が一定のサンプリング時間内で閾値以上の点がｎ（ｎ：０を含まない自然数）点以下の時には、被測定物は静止状態として判断する基準を設けている。ＰＤからの信号は、増幅器の例えばＨＰＦ（high pass filter）によりＤＣ成分は除去されるので、静止状態にあるときの信号強度の理想値は０であり、被測定物が移動したときには正弦波の出力を生じる。上記のような判定基準を設けることにより、被測定物が静止状態にあるときに、ノイズにより被測定物が移動状態にあると誤作動することを防ぐことができる。
【０１３８】
また、上記全ての実施例において、Ａ／Ｄ変換器の出力値が一定のサンプリング時間内で閾値以上の点がｎ点以上に達したとき、ＦＦＴ演算器が動作するような設定となっている。
【０１３９】
一般に、上記被測定物が移動したときに出力される信号の振幅はノイズの振幅よりも十分大きくなる。上記被測定物からのビート信号のデジタル変換された値がある閾値以上の点数をカウントしたとき、それがＮ（Ｎ：０を含まない自然数）点以下のときはノイズと判断し被測定物は静止状態と検出し、Ｎ点以上カウントされたときに移動状態に入ったと検出し、ＦＦＴ演算を開始するようにすることにより、ノイズによる誤動作の発生確率を低減させることができる。
【０１４０】
また、上記実施例１から実施例４の全ての実施例において、ビート信号のＦＦＴスペクトルのピーク強度がある閾値以下の場合、被測定物５は静止状態として検出するように判定基準を設けることにより、ノイズによりＦＦＴスペクトルに出現するピークによる被測定物の移動情報の誤検出を防ぐことができる。
【０１４１】
また、上記実施例２および実施例４においては、位相差に一定範囲の閾値を設けその範囲内において符号の正負を判断するようにし、その範囲外の位相差を示したとき被測定物５は静止状態と判断することにより、誤動作による移動量の誤差を少なくすることができる。
【０１４２】
また、上記全ての実施例におけるＬＤＶは、被測定物の移動速度を検知するものであるが、後段の信号処理において、その時間情報を取り込むことによって、速度情報から容易に変位量に換算することができる。例えば、一般に普及している電子機器においては、プリンターやコピー機の紙送り量を検出する変位計に応用可能である。さらに、上記ＬＤＶは、被測定物である移動物体からの反射光により速度を検出できるので、移動物体（測定対象）に特別な加工を必要としないため、高分解能エンコーダとしての応用に好適である。また、現在広く普及している光学式のマウスは、ＣＣＤ（電荷結合素子）等により検出面のスペックルパターンの移動情報を画像として認識し、移動量を検出しているが、上記ＬＤＶを光学式マウスなどのポインティングデバイスに用いることも可能である。特に、上記ＬＤＶを用いることにより非常に小型化のポインティングデバイスを構成できるため、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants：）などの携帯型情報端末のポインティングデバイスに好適である。
【０１４３】
また、上記実施例２〜４では、複数のビート信号を受けるために、そのビート信号の数と同数のＰＤを配置していたが、そのビート信号の数と同数の受光面を有する１つの受光素子を配置してもよい。
【０１４４】
本発明は、移動する被測定物に可干渉性の光を照射し、被測定物の移動速度に応じた光の周波数偏移を物体からの散乱光を受光して被測定物の速度を検出するＬＤＶに適用することができる。
【０１４５】
また、本発明を小型のＬＤＶに適用しても、受光信号から被測定物の２次元の移動速度および移動方向を検出することができる。
【０１４６】
また、本発明は、民生機器向けに適用可能な小型で低消費電力の２次元の移動速度かつ移動方向が検出可能な簡便なＬＤＶにも適用することができる。
【０１４７】
また、本発明においては、半導体発光素子が出射した光を第１光分割手段で４つ以上の光束に分割してもよいが、光学系の複雑化を防ぐ観点上、半導体発光素子が出射した光を第１光分割手段で３つの光束に分割するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】図１は本発明の実施例１のＬＤＶの概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は被測定物をｘ軸に対して１５５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号の波形を示すグラフであり、図２（ｂ）は上記ビート信号のＦＦＴスペクトルを示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は被測定物をｘ軸に対して１３５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号の波形を示すグラフであり、図３（ｂ）は上記ビート信号のＦＦＴスペクトルを示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は被測定物をｘ軸に対して１５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号の波形を示すグラフであり、図４（ｂ）は上記ビート信号のＦＦＴスペクトルを示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は被測定物をｘ軸に対して４５°の角度を成す方向に移動させたときのビート信号の波形を示すグラフであり、図５（ｂ）は上記ビート信号のＦＦＴスペクトルを示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は被測定物を＋ｘ軸方向へ移動させたときのビート信号の波形を示すグラフであり、図６（ｂ）は上記ビート信号のＦＦＴスペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は上記実施例１のＬＤＶによる被測定物の移動方向の検出を説明するための図である。
【図８】図８は本発明の実施例２のＬＤＶの概略構成図である。
【図９】図９は本発明の実施例３のＬＤＶの概略構成図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例３のＬＤＶの照射系の概略構成図である。
【図１１】図１１は上記実施例３のＬＤＶの受光系の概略構成図である。
【図１２】図１２は従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。
【図１３】図１３は上記従来のＬＤＶの検出点近傍における光束の重なりを示す拡大図である。
【図１４】図１４は被測定物の移動速度とドップラー偏移周波数とを結びつける式を説明するための図である。
【図１５】図１５は他の従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。
【図１６】図１６はさらに他の従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１  ＬＤ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ  ＢＳ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ  ミラー
４  集光レンズ
５  被測定物
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ  ＰＤ
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ  増幅器
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ  Ａ／Ｄ変換器
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ  ＦＦＴ演算器
１０  第１光束
１１  第２光束
１２  第３光束
１３  ビームスポット
１４ａ  原点
１４ｂ  第１入射点
１４ｃ  第２入射点
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｆ  ビート信号
１６ａ，１６ｂ  ビート信号出射点
１７  １／４波長板
１８ａ  第１直線偏光子
１８ｂ  第２直線偏光子
１８ｃ  第３直線偏光子
１８ｄ  第４直線偏光子
１８ｅ  第５直線偏光子
１８ｆ  第６直線偏光子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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