光学式移动信息检测装置和具有该装置的电子机器制造方法及图纸

本发明专利技术揭示光学式移动信息检测装置和具有该装置的电子机器，由射束分裂器（２ａ，２ｂ）将激光二极管（１）射出的光分割为第１光束（１０）、第２光束（１１）和第３光束（１２）。用聚光透镜（４）在被测定物（５）表面聚光第１光束、第２光束和第３光束，在被测定物（５）表面形成电子束光点（１３）。由光电二极管（６）接收来自电子束光点（１３）的扩散光，由具有模拟／数字变换器（８）和高速傅里叶变换演算器（９）的信号处理电路（２０）处理光电二极管（６）输出的信号。检测部（２１）根据由傅里叶变换得到的频谱的峰值频率，求出被测定物（５）的例如移动速度和移动方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学式移动信息检测装置以及具有该装置的电子机器。已有技术一般来说，光源与观测者进行相对运动时，根据多普勒效应，光接受频率的变化。激光多普勒速度计(以下称为LDV)利用该效应，将激光照射到移动的被测定物。测定来自该被测定物的散射光的多普勒频率偏移，从而测定被测定物的移动速度。该LDV由Yeh和Cummins在1964年发表(Appl.Phys.Lett.4-10(1964)176)，现在已被广泛了解，并实用化。附图说明图12表示已有的具有代表性的LDV光学系统图。图12中，101是作为半导体激光元件的激光二极管(以下称为LD)，102是作为受光元件的光电二极管(以下称为PD)，103是绕射光栅，104是平行光管透镜(以下称为CL)，105是反光镜，106是聚光透镜，107是由绕射光栅103产生的+1次绕射光第1光束，108是由绕射光栅103产生的-1次绕射光第2光束，113是被测定物。在上述构成的光学系统中，从LD101射出的激光，由CL104变换为平行光束后，再由绕射光栅103按角度θ的绕射角分割为±1次绕射光，形成第1、第2光束107、108。然后，第1、第2光束107、108分别由反光镜105反射后，以入射角θ入射到被测定物113的表面，再次重叠。由被测定物113散射的第1、第2光束107、108接受多普勒频率偏移，与LD101的振荡频率有若干不同。因此，由被测定物113散射的第1、第2光束107、108的干涉波产生差拍。称该差拍为差拍信号。由PD102对该差拍信号的差拍频率进行外差检波，即可求出被测定物113的移动速度。以下予以详细说明。如图12所示，当将被测定物113向右移动的方向作为正方向时，在第1光束107接受-fd的多普勒频率偏移，在第2光束108接受+fd的多普勒频率偏移，则第1光束107的视在频率为(f0-fd)，第2光束108的视在频率为(f0+fd)。但f0是LD101的振荡频率。这时，从LD101射出光的电场可以表示为E0·cos(2πf0t)，则第1光束107可用下式1表示，第2光束108可用下式2表示。(式1)IA＝EA·cos{2π(f0-fd)t+φA}(式2)IB＝EB·cos{2π(f0+fd)t+φB}式中，f0是LD101射出光的频率，E0是LD101射出光的振幅，EA是第1光束107的振幅，EB是第2光束108的振幅，φA是第1光束107的相位，φB是第2光束108的相位。由于光的频率一般约为100THz(1014Hz)，则不可能直接测定式1和式2的频率信息。为此，一般如上述那样采用外差检波，因f0＞＞fd成立，则式1和式2的干涉波可表示为(式3)<|IA+IB|2>=EA2+EB22+EA·EB·cos{2π(2fd)t-(φA-φB)}]]>式3中，左边的<>表示时间平均。因此，利用PD102可测定该干涉波的频率。图13是当被测定物113以移动速度V移动时，2个光束分别按照任意角度α、β入射到被测定物113，以任意角度γ接收散射光时的图形。多普勒效应产生的频率偏移量，根据严密的相对论利用洛伦兹变换求出，但当移动速度V比光速c足够小时，可以近似地如下求出。来自光源A、光源B的光和移动物体的相对速度VA1、VB1表示为(式4)VA1＝c-VsinαVB1＝c+Vsinβ并且，从上述被测定物113看到的各个光的视在频率fA1、fB1为(式5)fA1=VA1λ=1λ·(c-Vsinα)]]>fB1=VB1λ=1λ·(c-Vsinβ)]]> 各散射光(反射光)和被测定物113的相对速度VA2、VB2为(式6)VA2＝c-VsinγVB2＝c-Vsinγ因此，从观测点看到的光的频率fA2、fB2为(式7)fA2=cVA2·fA1=cλ·1-Vc·sinα1-Vc·sinγ]]>fB2=cVB2·fB1=cλ·1+Vc·sinβ1-Vc·sinγ]]>式7的频率与入射光的频率f0(＝c/λ)之差为多普勒频率偏移量fd。现在，在观测点测定的2个光束的差拍频率2fd，当c＞＞V时为(式8)2fd=|fB2-fA1|=Vλ·(sinα+sinβ)]]>可见，并不取决于观测点的位置(角度γ)。在图12中，由于α＝β＝θ，则对于图12的一般LDV光学系统，根据式8，下式成立(式9)2fd=2Vλ·sinθ]]>因此，测定式3表示的频率2fd，用式9进行计算，即可求出被测定物113的移动速度V。式9也可以是几何学的如下思考。图14是图12的2个光束(第1、第2光束107、108)再次重叠区域的扩大图。2个光束以各入射角θ交叉，图中虚线表示各光束等波面的一部分。该虚线与虚线的间隔为光的波长λ。垂直的粗线是干涉带的明部，当设定其间隔为Δ时，该Δ用下式求出。(式10)Δ=λ2sinθ]]>如图14所示，当物体(以●图示)按照移动速度V垂直通过干涉带时，其频率f为(式11)f=VΔ=2Vλ·sinθ=2fd]]>与式9相等。对于以上一般的LDV，如上所述，即可求出移动速度，但不能检测被测定物的移动方向。针对这种情况，在特开平3-235060号公报中，通过以速度Vg旋转图12的绕射光栅103，即可进行移动方向检测。这样，在绕射光栅103光反射时，各个光束接受与Vg成比例的多普勒频率偏移，则由PD102测定的差拍频率2fd为(式12)2fd=2λ·(V+Vg)·sinθ]]>因此，相对于已知速度Vg，根据移动速度V的符号(正负)决定2fd的大小关系，即可求出移动方向。然而，这样的光学系统中，由于必需有绕射光栅103的旋转机构，则使装置大型化，增加成本。并且，上述光学系统必需精密地保持绕射光栅103的旋转速度，然而由于偏心等产生的误差以及旋转产生的振动等，难于精密地保持绕射光栅103的旋转速度。因此，存在难于将上述光学系统用于精密测定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学式移动信息检测装置，其特征是：具有：射出可干涉性光的半导体发光元件；　将上述半导体发光元件射出的光分割为至少３个光束的第１光分割装置；利用上述光束在被测定物表面形成１个光点的光学系统；接收上述光点来的扩散光的受光装置；处理上述受光装置输出的信号的信号处理电路；根据上述信号处理电路的输出，求出上述被测定物移动信息的检测部，上述信号处理电路包含：将上述受光装置输出的模拟信号变换为数字信号的模拟／数字变换部；对上述数字信号进行傅里叶变换的傅里叶变换部，上述检测部根据上述傅里叶变换部求出的频谱的峰值频率，求得上述被测定物的移动信息。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：和田秀夫，渡部恒久，民长隆之，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]