(57)【要約】【課題】  レーザ光を測定対象物体に照射し、その反射レーザ光からドップラ効果により付加されるドップラ信号を利用するレーザドップラ振動計であって、測定対象物体がレーザ光に交差する方向に移動している場合であっても、測定対象物体の振動速度などの正確な測定を可能にするレーザドップラ振動計を提供する。【解決手段】  ドップラ信号に欠落状態がないときにドップラ信号と電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成する手段と、前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ドップラ信号が欠落する直前に前記位相ロックループ内で生成されていた電圧をホールドする手段と、前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ホールドされている電圧に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路とを備えているレーザドップラ振動計。【選択図】    図１
2005315773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号を付加した測定光を測定対象物に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物の変位に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物の変位状態を把握するレーザドップラ振動計において、前記基準信号と前記ドップラ信号とから、前記ドップラ信号の周波数差を検出する手段を備えていることを特徴とするレーザドップラ振動計。
【請求項２】
光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号を付加した測定光を測定対象物に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物の変位に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物の変位状態を把握するレーザドップラ振動計において、
前記ドップラ信号に欠落状態がないときに前記ドップラ信号と電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成する手段と、
前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ドップラ信号が欠落する直前に前記位相ロックループ内で生成されていた電圧をホールドする手段と、
前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ホールドされている電圧に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路と
を備えていることを特徴とするレーザドップラ振動計。
【請求項３】
前記基準信号と前記ドップラ信号とから、前記ドップラ信号の周波数差を検出する手段を更に備えていることを特徴とする請求項２記載のレーザドップラ振動計。
【請求項４】
前記位相ロックループに前記ドップラ信号が入力されたとき、又は前記ドップラ信号が欠落状態から再起したときに、前記位相ロックループの形成を促進する手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載のレーザドップラ振動計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を測定対象物体に照射し、その反射レーザ光からドップラ効果により付加されるドップラ信号を利用するレーザドップラ振動計に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物体にレーザ光を照射して非接触で振動測定を行うレーザドップラ振動計、例えば、光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号を付加した測定光を測定対象物に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物の変位（例えば、測定対象物の振動）に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物の変位状態（例えば、振動速度など）を把握するレーザドップラ振動計は、従来から光ディスク・ピックアップのアクチュエータの性能試験などに広く用いられている。
【０００３】
図１０（ａ）はレーザドップラ振動計の原理的構成を示す光学系の系統図である。
【０００４】
レーザ光源１０１から周波数ｆ０（ｆ０＝λ／ｃ  λ：光の波長、ｃ：光速）のレーザ光が発生される。レーザ光源１０１が発生するレーザ光の光軸上には、ビームスプリッタ１０２、音響光学素子１０３、ミラー１０４が配置されている。
【０００５】
ビームスプリッタ１０２は入射光の一部を直進させると共に一部を直角方向へ反射させる機能を備えている。
【０００６】
ビームスプリッタ１０２で直角方向に反射された出射光路上には、ビームスプリッタ１０６が配置されている。また、ミラー１０４で直角方向に反射された出射光路上には、ビームスプリッタ１０７が配置されている。
【０００７】
ビームスプリッタ１０６で直角方向に反射された出射光の光路上には、受光器１０９が配置されている。
【０００８】
また、ビームスプリッタ１０７で直角方向に反射された出射光は、例えば、光ファイバ等を介して測定対象物体１０８（速度Ｖ０でレーザ光の光路方向、すなわち、図１０（ａ）中、両方向矢印方向に振動している）に照射される。この反射光の光路は、ビームスプリッタ１０７及び１０６の光路に一致するように位置決めされており、ビームスプリッタ１０７で直角方向に反射され、光ファイバ等を介して測定対象物体１０８に照射されて反射してきた反射光は、ビームスプリッタ１０７及び１０６を介して受光器１０９に到達する。
【０００９】
周波数シフタとして作用する音響光学素子１０３は、駆動源１０５から駆動信号ｆＭの入力を受け、これを周波数ｆ０のレーザ光に付加する（以下、本明細書、特許請求の範囲において、この駆動信号ｆＭを「基準信号」という）。これによって、周波数ｆ０＋ｆＭとなったレーザ光が、ミラー１０４、ビームスプリッタ１０７でそれぞれ直角方向に反射されて、測定対象物体１０８に照射される。
【００１０】
ここで、ドップラ周波数をｆｄとすれば、測定対象物体１０８からの反射光の周波数は、ｆ０＋ｆＭ±ｆｄとなる。
【００１１】
この反射光（周波数：ｆ０＋ｆＭ±ｆｄ）と、ビームスプリッタ１０２で直角方向に反射されていたレーザ光（周波数：ｆ０）とが光干渉装置として作用するビームスプリッタ１０６により互いに重ねられて干渉し、ｆＭ±ｆｄのドップラ周波数が受光器１０９に入力される。そして、これが復調されて、例えば、電圧信号に変換され、これがレーザドップラ振動計の出力端子などの表示手段に振動波形などとして出力される（この場合、振動波形が、測定対象物体１０８の変位状態、以上説明してきた場合には、振動状態を表すことになる）。
【００１２】
なお、以下、本明細書、特許請求の範囲において、前記の周波数ｆＭ±ｆｄを、「ドップラ信号：Ｆｄ」という。
【００１３】
ドップラ信号：Ｆｄにおけるドップラ・シフト分±ｆｄと測定対象物体１０８の振動速度とは「±ｆｄ＝２Ｖ０／λ」という比例関係にある（λは光の波長）。そこで、ドップラ・シフト分±ｆｄの周波数変化から測定対象物体１０８の変位状態、例えば、振動速度Ｖ０、移動距離・変位、加速度を測定することができる。
【００１４】
このようなレーザドップラ振動計では、図１０（ａ）図示のように測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動している結果、ドップラ信号に欠落が生じることがあるが、測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動している結果生じるドップラ信号の欠落がある場合でも、測定を支障なく行えるような方法、装置が種々提案されている。
【００１５】
例えば、特開平６−３３７２６９号公報には、静止状態で基準となる信号である基準信号及び振動速度に比例した信号であるドップラ信号に基づいて動作するアップ・ダウン・カウンタと、前記ドップラ信号を入力として該信号の欠落発生を検出する信号欠落検出手段を備え、該手段による出力信号を前記アップ・ダウン・カウンタのアップ入力端子に印加してドップラ信号欠落時の出力信号をホールドするドップラ信号補正装置が提案されている。
【特許文献１】特開平６−３３７２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述した従来のレーザドップラ振動計の場合、測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動してはいるが、図１０（ａ）図示のように、レーザ光に交差する方向には移動していない、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差していないときには、測定対象物体１０８の変位状態、例えば、振動速度、移動距離・変位、加速度を計測することが可能である。
【００１７】
しかし、測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体１０８がレーザ光と直交する方向に移動しているとき、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に直交しているときや、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体１０８が回転軸であって回転しているときなどにおける測定対象物体１０８の変位状態、例えば、振動速度、移動距離・変位、加速度を計測することは困難であった。
【００１８】
測定対象物体１０８がレーザ光と直交する方向に移動する直線走行運動（図１０（ｂ））や、測定対象物体１０８が回転軸などの回転体である場合における円運動（図１０（ｃ））などによって生じるドップラ信号Ｆｄの欠落を、測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動していることによって生じるドップラ信号の欠落を補正する回路を備えているだけの従来のレーザドップラ振動計でＦＭ復調しようとすると、ドップラ信号欠落期間中、スパイクノイズが発生して、測定対象物体１０８の変位状態、例えば、振動速度、移動距離・変位、加速度を測定することが難しかったからである。
【００１９】
また、測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体１０８がレーザ光と直交する方向に移動しているとき、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に直交しているときや、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体１０８が回転軸であって回転しているときに、これらの運動によって移動している測定対象物体１０８の走行ベクトル（移動方向のベクトル）に対して、レーザ光が法線方向から照射されているかどうかを測定することは、測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動していることによって生じるドップラ信号の欠落を補正する回路を備えているだけの従来のレーザドップラ振動計では困難であった。
【００２０】
すなわち、測定対象物体１０８が回転軸などの回転体であって円運動している場合に、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているかどうかの測定、当該回転体の中心軸からのずれ、軸ぶれを測定することは、測定対象物体１０８がレーザ光の光路方向に振動していることによって生じるドップラ信号の欠落を補正する回路を備えているだけの従来のレーザドップラ振動計では困難であった。
【００２１】
この発明は、レーザ光を測定対象物体に照射し、その反射レーザ光からドップラ効果により付加されるドップラ信号を利用するレーザドップラ振動計であって、測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体がレーザ光と直交する方向等々に移動する直線走行運動や、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体が回転軸などの回転体である場合における円運動などを行っているときに、当該運動を行っている測定対象物体の振動速度、移動距離・変位、加速度などの変位状態の測定を可能にし、更に、前記の運動によって移動している測定対象物体の走行ベクトル（移動方向のベクトル）に対して、レーザ光が法線方向から照射されているかどうか、測定対象物体が回転軸などの回転体であって円運動している場合に、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているかどうか、あるいは、当該回転体の中心軸からのずれ、軸ぶれ等々の測定対象物体の変位状態の測定を可能にするレーザドップラ振動計を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記課題を解決するため、この発明が提案する第一のレーザドップラ振動計は、光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号を付加した測定光を測定対象物に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物の変位に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物の変位状態を把握するレーザドップラ振動計において、前記基準信号と前記ドップラ信号とから、前記ドップラ信号の周波数差を検出する手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体がレーザ光と直交する方向等々に移動する直線走行運動や、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体が回転軸などの回転体である場合における円運動などを行っているときには、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））によりドップラ・シフト分の周波数が生じ、反射光の周波数は、前述したｆ０＋ｆＭ±ｆｄからｆ０＋ｆＭ±ｆｄ＋νになる。ここで、νは、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））により生じるドップラ・シフト分の周波数である。なお、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））の方向が逆になれば、νの方向も逆になる。
【００２４】
そこで、このシフト分を前記の基準信号と前記ドップラ信号とから、前記ドップラ信号の周波数差を検出する手段によって周波数として把握することにより、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差している場合であっても、前記の運動によって移動している測定対象物体の走行ベクトル（移動方向のベクトル）に対して、レーザ光が法線方向から照射されているかどうか、測定対象物体が回転軸などの回転体であって円運動している場合に、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているかどうかの測定、当該回転体の中心軸からのずれ、軸ぶれ等々の測定対象物体の変位状態の測定を可能にしたのである。
【００２５】
次に、前記目的を達成するために本発明が提案する第二のレーザドップラ振動計は、光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号を付加した測定光を測定対象物に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物の変位に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物の変位状態を把握するレーザドップラ振動計において、前記ドップラ信号に欠落状態がないときに前記ドップラ信号と電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成する手段と、前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ドップラ信号が欠落する直前に前記位相ロックループ内で生成されていた電圧をホールドする手段と、前記ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記ホールドされている電圧に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路とを備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
このような構成にすることによって、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差していることによってドップラ信号に欠落が生じても、ドップラ信号が欠落している期間、ドップラ信号が欠落する直前のデータを保管し、補完回路によって補完したドップラ信号をＦＭ復調し、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動波形を得て、測定対象物体１０８の変位状態を正確に把握することができる。
【００２７】
なお、この本発明が提案する第二のレーザドップラ振動計においても、前述した本発明の第一のレーザドップラ振動計に備えられている基準信号とドップラ信号とから、ドップラ信号の周波数差を検出する手段を更に具備している構成にすることができる。
【００２８】
このようにすれば、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差していることによってドップラ信号に欠落が生じても、ドップラ信号が欠落している期間、ドップラ信号が欠落する直前のデータを保管し、補完回路によって補完したドップラ信号をＦＭ復調することにより、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動波形を得て、測定対象物体１０８の変位状態を正確に把握することができる上に、移動方向のベクトルがレーザ光に交差している測定対象物体１０８の軸ぶれ測定、測定対象物体１０８に対するレーザ光の照射方向の確認を行うことができる。
【００２９】
前記のドップラ信号に欠落状態がないときに前記ドップラ信号と電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成する手段を備えている本発明のレーザドップラ振動計において、前記位相ロックループに前記ドップラ信号が入力されたとき、又は前記ドップラ信号が欠落状態から再起したときに、前記位相ロックループの形成を促進する手段を備えている構成にすることができる。
【００３０】
このようにすれば、ドップラ信号に欠落状態がないときに前記ドップラ信号と電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成する手段によって、位相ロック状態が形成されるときのスピードを速めることができ、ドップラ信号が欠落している期間、ドップラ信号が欠落する直前のデータを保管して、補完回路によって補完したドップラ信号をＦＭ復調することで、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動波形を得る動作をスムーズに実行させることができるので有利である。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、レーザ光を測定対象物体に照射し、その反射レーザ光からドップラ効果により付加されるドップラ信号を利用するレーザドップラ振動計であって、測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体がレーザ光と直交する方向等々に移動する直線走行運動や、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体が回転軸などの回転体である場合における円運動などを行っているときに、当該運動を行っている測定対象物体の振動速度、移動距離・変位、加速度などの変位状態の測定を可能にし、更に、前記の運動によって移動している測定対象物体の走行ベクトル（移動方向のベクトル）に対して、レーザ光が法線方向から照射されているかどうか、測定対象物体が回転軸などの回転体であって円運動している場合に、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているかどうかの測定、当該回転体の中心軸からのずれ、軸ぶれ等々の測定対象物体の変位状態の測定を可能にするレーザドップラ振動計を提供することができる。
【００３２】
このような本発明のレーザドップラ振動計は、例えば、図９（ａ）図示のように、ＨＤＤ、ＤＶＤの面振れ測定に使用したり、図９（ｂ）図示のように、ＨＤＤ、ＤＶＤのスピンドルの測定に使用したり、図９（ｃ）図示のように、自動車のドライブシャフトや、モータ等の回転体の測定に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００３４】
図１は、本発明のレーザドップラ振動計の構成の一例を表すブロック図である。図１中、各符号で示されている手段は以下のものである。
【００３５】
Ａ１は入力してきたドップラ信号Ｆｄを増幅し、ドップラ信号Ｆｄが欠落している間、パルスを出力する増幅器である。
【００３６】
Ｐ１は、ドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号との位相差を検出する位相差検出手段である。
【００３７】
Ｋ１は、増幅器Ａ１から出力されたパルス信号に基づき、開閉を行うアナログスイッチである。このアナログスイッチＫ１は、図３図示のように、増幅器Ａ１からパルス信号が発せられているドップラ信号欠落時（Ｔ０）には開に、増幅器Ａ１からパルス信号が発せられていないドップラ信号連続時には閉に切り替わる。
【００３８】
Ａ４は、積分器Ｓ１からの信号及び補完回路からの信号を加算し、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に対して信号を出力すると共に、増幅器Ａ５等を備えて振動速度、変位、加速度等の測定対象物体の変位状態についての出力を行う信号処理回路（不図示）への信号出力を行う加算器である。
【００３９】
ＦＶ１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの発振周波数をＤＣ電圧に変換し、積分器Ｓ１へ増幅器Ａ２を介して供給するＦ／Ｖコンバータである。
【００４０】
サンプリングホールドＳＨ１は、ドップラ信号Ｆｄが欠落している期間（時間：Ｔ０）、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前の出力電圧Ｅ１をホールドする。このホールドされた電圧Ｅ１が、増幅器Ａ３を介して積分器Ｓ１に印加されるサンプリングホールド回路が形成される。
【００４１】
周波数検出器は、レーザドップラ振動計において、光源から発生され、２つに分割されたレーザ光の一方の測定光に付加される基準信号ｆＭとドップラ信号Ｆｄとから、ドップラ信号Ｆｄの周波数差を検出する手段である。
【００４２】
補完回路は、ドップラ信号が欠落状態にあるときに、前記のサンプリングホールドＳＨ１でホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する動作を行うものである。図１図示の例では、この補完回路によってサンプリングホールドＳＨ１でホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧が加算あるいは減算され、これが位相ロックループの電圧制御発振器（ＶＣＯ）に印加されている。
【００４３】
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）に光学回路が例示されている光源から発生されたレーザ光を２つに分割し、分割された一方のレーザ光に基準信号ｆＭを付加した測定光を測定対象物１０８に照射して反射してきた反射光を、前記分割された他方のレーザ光と重ねて干渉させることにより測定対象物１０８の変位に応じたドップラ信号を取得し、当該ドップラ信号に基づき前記測定対象物１０８の変位状態を把握するレーザドップラ振動計の構成や、図１図示のブロック図中の加算器Ａ４からの出力を受けて、振動速度、変位、加速度等の測定対象物体の変位状態についての出力を行う増幅器Ａ５等を備えている信号処理回路（不図示）の構成は公知であり、本発明の主題でもないので、これらの説明は省略する。
【００４４】
まず、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループを形成する手段について、図４（ａ）図示のループを用いて説明する。
【００４５】
アナログスイッチＫ１は、図３図示のように、増幅器Ａ１からパルス信号が発せられているドップラ信号欠落時（Ｔ０）に開、増幅器Ａ１からパルス信号が発せられていないドップラ信号連続時に閉に切り替わるので、入力されたドップラ信号Ｆｄに欠落状態がない場合、図４（ａ）図示のループのように、ドップラ信号Ｆｄを基準とし、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号とで位相ロックがかかる。
【００４６】
次に、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に前記の位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドする手段について、図４（ｃ）図示のループを用いて説明する。
【００４７】
サンプリングホールド回路ＳＨ１は、ドップラ信号Ｆｄが欠落している期間（時間：Ｔ０）、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前の出力電圧Ｅ１をホールドする。図示のブロック図の構成では、ホールドした電圧Ｅ１を、増幅器Ａ３を介して積分器Ｓ１に供給する構成になっている。そこで、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態の間は、図４（ｃ）図示のループのように、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１がホールドされ、これが増幅器Ａ３を介して積分器Ｓ１に供給される。
【００４８】
図４（ｄ）図示のループは、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路の動作、図示の例では、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算して前記の位相ロックループの電圧制御発振器（ＶＣＯ）に印加する補完回路の動作を説明するものである。
【００４９】
補完回路は、図５により詳しく説明する以下の構成からなる。
【００５０】
ドップラ信号Ｆｄの欠落期間Ｔ０の間、増幅器Ａ１からパルス信号が発せられ、図４（ｃ）図示のループで説明したように、サンプリングホールド回路ＳＨ１によってドップラ信号Ｆｄが欠落する直前の出力電圧Ｅ１がホールドされる。
【００５１】
このホールドされた電圧値Ｅ１は、増幅器Ａ３を介して積分器Ｓ１に供給され、増幅器Ａ４を介して電圧制御発振器（ＶＣＯ）に入力されると共に、補完回路へも入力される。
【００５２】
補完回路では、ΔＥ１／ΔＴＳ検出部で、｜ΔＥ１｜／ΔＴＳ及び、加算、減算の符号が判別される。そして、演算器Σ１にて、ΔＥ１／ΔＴＳ値を、ΔＴＳ毎に、Ｔ０／ΔＴＳ回（＝Ｎ回）だけ、随時、加算又は減算する。すなわち、ΔＴＳ１：Ｅ１＋ΔＥ１／ΔＴＳ、ΔＴＳ２：Ｅ１＋ΔＥ１／ΔＴＳ＋ΔＥ１／ΔＴＳ、……………、ΔＴＳｎ：Ｅ１＋（ΔＥ１／ΔＴＳ）×ｎという加算又は減算を行う。
【００５３】
この加算又は減算された値が、ΔＴＳ毎に、増幅器Ａ４を介して電圧制御発振器（ＶＣＯ）に入力される。
【００５４】
こうして、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号は、ドップラ信号Ｆｄ欠落期間中でも連続信号として出力する。すなわち、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号は、ドップラ信号Ｆｄと同期し、ドップラ信号Ｆｄと同じＦＭ変調がかかって、周波数成分は振動速度の周波数を表し、変調度は振動速度のレベル値を表すものになる。
【００５５】
この結果、図１図示のブロック図の加算器Ａ４からの出力を受けて、振動速度、変位、加速度等の測定対象物体の変位状態についての出力を行う増幅器Ａ５等を備えている信号処理回路（不図示）によって、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動速度波形、等の出力を得ることができる。
【００５６】
すなわち、本発明のレーザドップラ振動計によれば、図４（ｃ）図示のループを用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドする手段と、図４（ｄ）及び図５を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路、図示の例では、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算して前記の位相ロックループの電圧制御発振器（ＶＣＯ）に印加する補完回路とを備えていることにより、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動速度波形、等の出力を得ることができる。
【００５７】
なお、図５では、直線型サンプリング式補完回路ブロックの一例を説明したが、ＣＰＵ等を使用すれば、二次曲線、三次曲線、指数関数的カーブに則して補正し、補完することが可能である。
【００５８】
次に、図４（ａ）を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループを形成する手段によって形成される位相ロックループにドップラ信号Ｆｄが入力されたとき、又はドップラ信号Ｆｄが欠落状態から再起したときに、前記の位相ロックループの形成を促進する手段について、図４（ｂ）図示のループを用いて説明する。
【００５９】
図４（ａ）図示のループでＫ１が閉状態となって、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループを形成する手段が動作状態になった瞬間、すなわち、ドップラ信号Ｆｄが入力された瞬間（すなわち、測定開始時）、あるいはドップラ信号Ｆｄが欠落状態から再起状態になった瞬間、図４（ａ）図示のループが動作し、入力されたドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）とが位相ロック動作を完結し、位相ロック状態になるように動く。
【００６０】
この際、図４（ｂ）図示のループが存在し、Ｆ／ＶコンバータＦＶ1によって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの発振周波数がＤＣ電圧に変換され、積分器Ｓ１へ増幅器Ａ２を介して供給されるので、図４（ａ）図示のループが動作し、入力されたドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器とが位相ロック動作を完結し、位相ロック状態になろうとする動作の速度が速められる。
【００６１】
このように、図４（ｂ）図示のループで説明した、位相ロックループにドップラ信号Ｆｄが入力されたとき、又はドップラ信号Ｆｄが欠落状態から再起したときに、位相ロックループの形成を促進する手段が備えられていることにより、本発明のレーザドップラ振動計により前述した正確な振動速度波形、等の出力を得ることのできる機能がより効果的に発揮されることになる。
【００６２】
次に、図１に鎖線で囲んで示し、図２（ａ）に拡大して示した、基準信号ｆＭ（光源から発生されて２つに分割された中の一方の、測定対象物１０８に照射される測定光となるレーザ光に付加される信号）と、ドップラ信号Ｆｄとから、ドップラ信号Ｆｄとの周波数差を検出する手段について説明する。
【００６３】
測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向に移動している場合、すなわち、測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、測定対象物体１０８がレーザ光と直交する方向等々に移動する直線走行運動や、図１０（ｃ）図示のように、測定対象物体１０８が回転軸などの回転体である場合における円運動などを行っているときには、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））によりドップラ・シフト分の周波数が生じ、反射光の周波数は、前述したｆ０＋ｆＭ±ｆｄからｆ０＋ｆＭ±ｆｄ＋νになる。ここで、νは、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））により生じるドップラ・シフト分の周波数であり、λは光の波長で、測定対象物体１０８の振動速度をＶ０として、±ｆｄ＝２Ｖ０／λという比例関係にある。また、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））の方向が逆になれば、νの方向も逆になる。
【００６４】
そこで、この場合、図１において入力されるドップラ信号Ｆｄは、ｆＭ±ｆｄではなく、ｆＭ±ｆｄ＋νになる。
【００６５】
このレーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））により生じるドップラ・シフト分の周波数νを把握することにより、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）図示のように、レーザ光に交差する方向に移動している測定対象物体１０８の走行ベクトル（移動方向のベクトル）Ｖ１、Ｖ２に対して、レーザ光が法線方向から照射されているかどうか等々の測定対象物体１０８の変位状態
を把握することができる。
【００６６】
特に、測定対象物体１０８が図１０（ｃ）図示のように回転軸などの回転体であって円運動している場合に、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているかどうかの測定、当該回転体の中心軸からのずれ、軸ぶれ等々の測定対象物体１０８の変位状態の測定を行うことができる。
【００６７】
図２（ｂ）、（ｃ）は、スペクトラム・アナライザにて分析した、ドップラ信号レベルを縦軸に、周波数を横軸に表して両者の関係を説明したものである。
【００６８】
図１０（ｂ）、図１０（ｃ）図示のように、レーザ光に交差する方向に移動している測定対象物体１０８の走行ベクトル（移動方向のベクトル）Ｖ１、Ｖ２に対して、レーザ光が法線方向から照射されている場合、例えば、測定対象物体１０８が図１０（ｃ）図示のように回転軸などの回転体であって円運動している場合で、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かっているときには、νは０であるので、図２（ｂ）図示の状態になる。
【００６９】
一方、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）図示のように、レーザ光に交差する方向に移動している測定対象物体１０８の走行ベクトル（移動方向のベクトル）Ｖ１、Ｖ２に対して、レーザ光が斜め方向から照射されている場合、例えば、測定対象物体１０８が図１０（ｃ）図示のように回転軸などの回転体であって円運動している場合で、レーザ照射が当該回転体の中心軸（すなわち、回転軸）にズレて照射されているときには、図２（ｃ）図示の状態になる。そこで、このνを検知することにより、測定対象物体１０８の変位状態を把握し、軸ぶれ、面ぶれの測定や、測定対象物体１０８の表面の凹凸、例えば、測定対象物体１０８の表面に印刷されている印刷物の凹凸状態の把握が可能になる。
【００７０】
なお、図８図示のように、従来のレーザドップラ振動計が備えている表示出力部２０１の他に、図１に鎖線で囲んで示し、図２（ａ）に拡大して示した、基準信号ｆＭ（光源から発生されて２つに分割された中の一方の、測定対象物１０８に照射される測定光となるレーザ光に付加される信号）とドップラ信号Ｆｄとから、ドップラ信号Ｆｄの周波数差を検出する手段の出力を表示するレーザ光照射ズレモニターを表示出力部２０２として備えているレーザドップラ振動計にすれば、レーザ光が法線方向から照射されているかどうか、レーザ照射が回転体の中心軸（すなわち、回転軸）に向かって照射されているかどうかをただちに判定することができる。
【００７１】
図１を用いて以上に説明した実施形態は、図４（ｃ）図示のループを用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドする手段と、図４（ｄ）及び図５を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路とを、図４（ａ）を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループを形成する手段によって形成される位相ロックループの中に備えているものである。
【００７２】
本発明は、かかる実施形態に限られるものではない。図４（ｃ）図示のループを用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドする手段と、図４（ｄ）及び図５を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路とを、図４（ａ）を用いて説明した、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループを形成する手段によって形成される位相ロックループの外に備えている形態にすることもできる。
【００７３】
この場合の、ブロック図の一例は、図６に示した通りになる。ドップラ信号Ｆｄが欠落している期間（時間：Ｔ０）、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前の出力電圧Ｅ１をホールドするサンプリングホールドＳＨ１の動作、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のサンプリングホールドＳＨ１でホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路の動作は、図１等を用いて説明した前記の例と同一であるので、図１等の説明で用いられたのと共通する構成部材には共通する符号を付して、それらの説明を省略する。
【００７４】
図６のブロック図の一例を示した本発明のレーザドップラ振動計でも、前述した実施形態と同じように、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドする手段と、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、前記のホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路とを備えていることにより、正確な振動速度波形、等の出力を得ることができる。
【００７５】
図１図示の実施形態の場合、位相ロックループ内にＦＶ１（Ｆ／Ｖコンバータ）、ＳＨ１（サンプリングホールド）及び補完回路の総てが含まれているので、位相ロックループ内のフィルタが働き、ドップラ信号は、欠落していなく、正常な状態に近似したより良好な振動速度波形、等の出力を得ることができる。
【００７６】
図６図示の実施形態の場合は、位相ロックループ内にＦＶ１（Ｆ／Ｖコンバータ）しか含まれておらず、このようなループから得られた振動速度波形、等をＳＨ１（サンプリングホールド）及び補完回路で補正することになる。そこで、図１図示の実施形態の場合に比較して、ループフィルタの働きが無いので、図１図示の実施形態の場合に比較すると良好な振動速度波形、等の出力を得ることは難しいが、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動速度波形、等の出力を得ることは十分可能であり、なによりも、図１図示の実施形態に比較して簡単に製作できるという利点がある。
【００７７】
次に、図７（ａ）〜（ｇ）を用いて、本発明のレーザドップラ振動計により測定対象物１０８の振動波形を測定する場合について説明する。
【００７８】
振動している、あるいは振動していない測定対象物体１０８がレーザ光に交差する方向への移動を行っている場合、すなわち、振動している、あるいは振動していない測定対象物体１０８の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているとき、例えば、図１０（ｂ）図示のように、振動している、あるいは振動していない測定対象物体１０８がレーザ光と直交する方向等々に移動する直線走行運動や、図１０（ｃ）図示のように、振動している、あるいは振動していない測定対象物体１０８が回転軸などの回転体である場合における円運動などを行っているときには、前述したように、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））によりドップラ・シフト分の周波数が生じ、反射光の周波数は、ｆ０＋ｆＭ±ｆｄ＋νになる（νは、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））により生じるドップラ・シフト分の周波数）。
【００７９】
この場合、図１０（ａ）〜（ｃ）図示のブロック図の回路を経て、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ１から出力されるドップラ信号Ｆｄは、例えば、図７（ａ）に表されるようになり、増幅器Ａ１からの出力は、図７（ｂ）図示のようになる。
【００８０】
ここで、アナログスイッチＫ１が、ドップラ信号欠落期間中も常に閉の状態にされていると、ドップラ信号をＦＭ復調して得られる振動速度波形は、図７（ｃ）図示のように、ドップラ信号欠落期間中、スパイク状ノイズになってしまう。
【００８１】
しかし、本発明のレーザドップラ振動計においては、図４（ａ）図示のループを用いて説明したように、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの信号とで位相ロックループが形成され、また、ドップラ信号欠落期間中、アナログスイッチＫ１は開になり、更に、サンプリングホールドＳＨ１の動作により、ドップラ信号Ｆｄが欠落している期間（時間：Ｔ０）、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前の出力電圧Ｅ１がホールドされる。
【００８２】
そこで、増幅器Ａ３から出力される振動速度波形は、図７（ｄ）図示のようになる。
【００８３】
更に、アナログスイッチＫ１が開になり、補完回路が動作することにより、補完回路により、ΔＴＳ毎に、ΔＥ１／ΔＴＳが、図示の例では、ホールドされた電圧の値Ｅ１に加算される。
【００８４】
その結果、加算器Ａ４から出力される振動速度波形は、図７（ｅ）図示のようになる。
【００８５】
そして、この加算器Ａ４からの信号の印加を受けた電圧制御発振器（ＶＣＯ）から出力される信号は、図７（ｆ）図示のようにドップラ信号と同期し、レーザ光に交差する測定対象物体１０８の移動方向のベクトルＶ１（図１０（ｂ））、Ｖ２（図１０（ｃ））により生じるドップラ・シフト分の周波数νが取り除かれた、Ｆｄとなり、連続波となる。
【００８６】
そこで、図１図示のブロック図の加算器Ａ４から振動速度、変位、加速度等が出力し、増幅器Ａ５等を備えている信号処理回路（不図示）によって出力される振動速度波形は、ドップラ信号が欠落していない正常な状態に近似した振動速度波形になる。
【００８７】
以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限られず、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明のレーザドップラ振動計に採用される主要部の構成の一例を表すブロック図。
【図２】（ａ）ドップラ信号の周波数差を検出する手段の構成の一例を表すブロック図、（ｂ）ドップラ信号レベルを縦軸に、周波数を横軸に表して両者の関係を説明したものであって、レーザ光に交差する方向に移動している測定対象物体の走行ベクトル（移動方向のベクトル）に対してレーザ光が法線方向から照射されている場合を表す図、（ｃ）レーザ光が法線方向からズレて照射されている場合を表す図。
【図３】図１図示のブロック図において、増幅器Ａ１が行う動作とアナログスイッチＫ１の動作との関係を説明する図。
【図４】（ａ）図１図示のブロック図において、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器からの信号とで位相ロックループを形成するループを説明する図、（ｂ）図１図示のブロック図において、ドップラ信号Ｆｄが入力されたとき、又はドップラ信号Ｆｄが欠落状態から再起したときに、位相ロックループの形成を促進するループを説明する図、（ｃ）図１図示のブロック図において、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ドップラ信号Ｆｄが欠落する直前にロックループ内で生成されていた電圧をホールドするループを説明する図、（ｄ）図１図示のブロック図において、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ホールドされている電圧に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路のループを説明する図。
【図５】補完回路を詳しく説明するブロック図。
【図６】本発明のレーザドップラ振動計に採用される主要部の構成の他の一例を表すブロック図であって、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときにドップラ信号Ｆｄが欠落する直前に位相ロックループ内で生成されていた電圧Ｅ１をホールドするループと、ドップラ信号Ｆｄが欠落状態にあるときに、ホールドされている電圧Ｅ１に補完電圧を加算あるいは減算する補完回路のループとが、ドップラ信号Ｆｄに欠落状態がないときにドップラ信号Ｆｄと電圧制御発振器からの信号とで形成される位相ロックループの外に配備されている形態のブロック図。
【図７】（ａ）測定対象物体の移動方向のベクトルがレーザ光に交差しているときに得られるドップラ信号が、本発明のレーザドップラ振動計に採用される図１図示のブロック図の構成中の増幅器Ａ１から出力されるときの一例を表す図、（ｂ）図７（ａ）図示のドップラ信号が、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ１から出力されている期間Ｌｏｗパルスを、ドップラ信号欠落期間中Ｈｉｇｈパルスを出力している一例を表す図、（ｃ）図１図示のブロック図中のアナログスイッチＫ１が常に閉の場合で、図７（ａ）図示のドップラ信号が、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ５から出力される信号でＦＭ復調された振動速度波形を表す図、（ｄ）図１図示のブロック図中のアナログスイッチＫ１が開になり、ドップラ信号欠落期間中に、サンプリングホールド回路が動作している場合で、図７（ａ）図示のドップラ信号が、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ３から出力される信号が、積分器Ｓ１に入力され、ＦＭ復調され、Ａ５出力に得られる振動速度波形を表す図、（ｅ）図１図示のブロック図中のアナログスイッチＫ１が開になり、ドップラ信号欠落期間中に、補完回路が動作している場合で、図７（ａ）図示のドップラ信号が、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ４から出力される信号が、積分器Ｓ１に入力され、ＦＭ復調され、Ａ５出力にに得られる振動速度波形を表す図、（ｆ）補完回路からの補完を受けて電圧制御発振器から出力される信号を表す図、（ｇ）補完回路からの補完を受けて、図７（ａ）図示のドップラ信号が、図１図示のブロック図中の増幅器Ａ５から出力される信号でＦＭ復調され得られる振動速度波形を表す図。
【図８】本発明のレーザドップラ振動計の一例の外観構成を表す斜視図。
【図９】本発明のレーザドップラ振動計の用途を説明する図であって、（ａ）は、ＨＤＤ、ＤＶＤの面振れ測定に使用される場合、（ｂ）は、ＨＤＤ、ＤＶＤのスピンドルの測定に使用される場合、（ｃ）は、自動車のドライブシャフトや、モータ等の回転体の測定に使用される場合を表す図。
【図１０】本発明のレーザドップラ振動計の図１、図６図示の主要構成部以外の部分の基本構成を説明するブロック図であって、（ａ）は測定対象物体がレーザ光に交差する方向に移動することなく、レーザ光の光軸方向にのみ振動している場合、（ｂ）は測定対象物体がレーザ光の光軸方向に振動しつつ、レーザ光と直交する方向に直線走行運動している場合、（ｃ）は測定対象物体が回転軸などの回転体であって、レーザ光の光軸方向に振動しつつ、円運動を行っている場合を説明する図。
【符号の説明】
【００８９】
１０１  レーザ光源
１０２  ビームスプリッタ
１０３  音響光学素子
１０４  ミラー
１０５  駆動源
１０６  ビームスプリッタ
１０７  ビームスプリッタ
１０９  受光器
１０８  測定対象物体
【図１】
2005315773.tif 000003
【図２】
2005315773.tif 000004
【図３】
2005315773.tif 000005
【図４】
2005315773.tif 000006
【図５】
2005315773.tif 000007
【図６】
2005315773.tif 000008
【図７】
2005315773.tif 000009
【図８】
2005315773.tif 000010
【図９】
2005315773.tif 000011
【図１０】
2005315773.tif 000012