JPH02287109A - 変位検出装置 - Google Patents
変位検出装置Info
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- JPH02287109A JPH02287109A JP1108469A JP10846989A JPH02287109A JP H02287109 A JPH02287109 A JP H02287109A JP 1108469 A JP1108469 A JP 1108469A JP 10846989 A JP10846989 A JP 10846989A JP H02287109 A JPH02287109 A JP H02287109A
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- signal
- displacement
- wave
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、特にレーザ測長器等の位相変調方式による変
位量検出器からの信号を変位量に比例した数値に変換す
る変位検出装置に関する。
位量検出器からの信号を変位量に比例した数値に変換す
る変位検出装置に関する。
（従来の技術）
一般にレゾルバ、インダクトシン、レーザ測長器等のよ
うに入力基準波を測定変位量で位相変調し、変位量の数
値を出力する検出器の変位検出装置では、位相変調波の
基準波に対する位相差を検出する為に、基準波に同期し
かつ周波数が基準波の整数倍のカウントパルスにより位
相差量を計数して変位量を検出していた。しかし、この
方法では、レゾルバやインダクトシンのようにカウント
パルスを分周して基準波を形成できる場合は良いが、レ
ーザ測長器のように基準波の周波数がレーザ発振器内部
で決まるような検出器では、基準波に同期したカウント
パルスをＰＬＬ （Ｐｈａｓｅ ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ
）回路を用いて発生しなければならなかった。この為、
基準波の周波数が不安定なレーザ発振器ではＰＬＬ回路
の応答遅れによる検出誤差が発生し、またＰＬＬ回路は
デジタル回路化が難しく、高集積化が困難という問題が
あった。
うに入力基準波を測定変位量で位相変調し、変位量の数
値を出力する検出器の変位検出装置では、位相変調波の
基準波に対する位相差を検出する為に、基準波に同期し
かつ周波数が基準波の整数倍のカウントパルスにより位
相差量を計数して変位量を検出していた。しかし、この
方法では、レゾルバやインダクトシンのようにカウント
パルスを分周して基準波を形成できる場合は良いが、レ
ーザ測長器のように基準波の周波数がレーザ発振器内部
で決まるような検出器では、基準波に同期したカウント
パルスをＰＬＬ （Ｐｈａｓｅ ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ
）回路を用いて発生しなければならなかった。この為、
基準波の周波数が不安定なレーザ発振器ではＰＬＬ回路
の応答遅れによる検出誤差が発生し、またＰＬＬ回路は
デジタル回路化が難しく、高集積化が困難という問題が
あった。
ここにおいて、第７図はレーザ測長器と従来方式による
変位検出装置の構成図を示しており、レーザ発振器１は
２つの偏光面で周波数の異なる光ｆｉｎ ｔ２を発振し
、出力された光ｆ、、 ｆ２はビームスプリッタ２で光
学的に２経路に分割され、分割された光ｆ、、 ｆ２の
一方はフォトディテクタ６で光ｆ、及びｆ２の干渉光強
度の電気信号ＦＲに変換される。ここで、電気信号ＦＲ
の周波数は光ｆ１及びｆ２の差周波数であり、これが基
準波ＦＲとなる（ＦＲ＝ｌｔ＋−ｔｚｌ）。また、ビー
ムスプリッタ２で分割された他方の光ｆ１及びｆ２は更
にビームスプリッタ３で光学的に光ｆ１及びｆ２に分割
され、光ｆ１は可動反射鏡５へ送られ、可動反射鏡５が
Ｘ方向に移動している場合、光ｆ１は移動速度に比例し
て±Δｆのドツプラー変調を受けて反射光ｆ１±Δｆと
なる。一方、ビームスプリッタ３で分割された光ｆ２は
固定反射鏡４で反射され、その反射光ｆ２がビームスプ
リッタ３で反射光ｆ１±Δｆと合せられ、−緒にされた
反射光ｆ、±Δｆ及びｆ２はフォトディテクタ７で光ｆ
１±Δｆ及びｆ２の干渉光強度の電気信号ＦＰに変換さ
れる。ここで、電気信号ＦＰの周波数は光ｆ、±Δｆ及
びｆ２の差周波数となる。したがって、電気信号ＰＲを
基準波とすると、電気信号Ｆ、は可動反射鏡５の移動変
位Ｘだけ基準信号Ｆ８を位相変調した位相変調波となる
。具体的にはλを光ｆ、の波長とすると、位相変調波Ｆ
、は４π／λＸ分だけ位相がずれることになる。
変位検出装置の構成図を示しており、レーザ発振器１は
２つの偏光面で周波数の異なる光ｆｉｎ ｔ２を発振し
、出力された光ｆ、、 ｆ２はビームスプリッタ２で光
学的に２経路に分割され、分割された光ｆ、、 ｆ２の
一方はフォトディテクタ６で光ｆ、及びｆ２の干渉光強
度の電気信号ＦＲに変換される。ここで、電気信号ＦＲ
の周波数は光ｆ１及びｆ２の差周波数であり、これが基
準波ＦＲとなる（ＦＲ＝ｌｔ＋−ｔｚｌ）。また、ビー
ムスプリッタ２で分割された他方の光ｆ１及びｆ２は更
にビームスプリッタ３で光学的に光ｆ１及びｆ２に分割
され、光ｆ１は可動反射鏡５へ送られ、可動反射鏡５が
Ｘ方向に移動している場合、光ｆ１は移動速度に比例し
て±Δｆのドツプラー変調を受けて反射光ｆ１±Δｆと
なる。一方、ビームスプリッタ３で分割された光ｆ２は
固定反射鏡４で反射され、その反射光ｆ２がビームスプ
リッタ３で反射光ｆ１±Δｆと合せられ、−緒にされた
反射光ｆ、±Δｆ及びｆ２はフォトディテクタ７で光ｆ
１±Δｆ及びｆ２の干渉光強度の電気信号ＦＰに変換さ
れる。ここで、電気信号ＦＰの周波数は光ｆ、±Δｆ及
びｆ２の差周波数となる。したがって、電気信号ＰＲを
基準波とすると、電気信号Ｆ、は可動反射鏡５の移動変
位Ｘだけ基準信号Ｆ８を位相変調した位相変調波となる
。具体的にはλを光ｆ、の波長とすると、位相変調波Ｆ
、は４π／λＸ分だけ位相がずれることになる。
以上はレーザ測長器の基本原理であり、次に第８図のタ
イミングチャートを参照して第７図の変位検出装置の動
作を説明する。
イミングチャートを参照して第７図の変位検出装置の動
作を説明する。
先ず第８図（Ａ）に示すようなレーザ測長器１ｈ）′ら
の基準波ＦＲは位相比較器９に入力され、カウンタ８の
出力信号Ｔ°の最上位ビット信号ＭＳＢ （第８図（
Ｂ）参照）と位相比較され、その位相ズレ量に比例した
パルス幅の電圧１ｖを出力する。位相比較器９からの出
力電圧ＲνはＬＰＦ （ローパスフィルタ）１０で平
滑化され、更にνＣＯ（電圧制御発振器）１１へ入力さ
れて位相差量に従った周波数の第４図（Ｃ）に示すよう
なカウントパルスＣＬに°を発振出力する。カウントパ
ルスＣＬに°はカウンタ８に入力されて第８図（Ｄ）の
ように６４分周され、カウンタ出力信号Ｔ°の最上位ビ
ット信号トｓＢとなる。以上のことから位相比較器９
、 ＬＰＦ １０． ＶＣＯ１１及びカウンタ８はＰＬ
Ｌ回路を構成しており、これによりカウントパルスＣＬ
に“は基準波ＦＲにほぼ同期し且つ６４倍の周波数とな
る。また、カウンタ８の出力信号Ｔ゛は、第８図（Ａ）
及び（Ｄ）に示すように基準波ＦＲのほぼ一周期内で“
０″〜“Ｂ３“まで鋸歯状に変化する信号となる。カウ
ンタ８の出力信号Ｔ。
の基準波ＦＲは位相比較器９に入力され、カウンタ８の
出力信号Ｔ°の最上位ビット信号ＭＳＢ （第８図（
Ｂ）参照）と位相比較され、その位相ズレ量に比例した
パルス幅の電圧１ｖを出力する。位相比較器９からの出
力電圧ＲνはＬＰＦ （ローパスフィルタ）１０で平
滑化され、更にνＣＯ（電圧制御発振器）１１へ入力さ
れて位相差量に従った周波数の第４図（Ｃ）に示すよう
なカウントパルスＣＬに°を発振出力する。カウントパ
ルスＣＬに°はカウンタ８に入力されて第８図（Ｄ）の
ように６４分周され、カウンタ出力信号Ｔ°の最上位ビ
ット信号トｓＢとなる。以上のことから位相比較器９
、 ＬＰＦ １０． ＶＣＯ１１及びカウンタ８はＰＬ
Ｌ回路を構成しており、これによりカウントパルスＣＬ
に“は基準波ＦＲにほぼ同期し且つ６４倍の周波数とな
る。また、カウンタ８の出力信号Ｔ゛は、第８図（Ａ）
及び（Ｄ）に示すように基準波ＦＲのほぼ一周期内で“
０″〜“Ｂ３“まで鋸歯状に変化する信号となる。カウ
ンタ８の出力信号Ｔ。
は、第８図（Ｅ）に示すような位相変調波ＦＰの立ち下
がりにおいてラッチ回路１２に同図（Ｆ）に示すような
信号ｘ′として記憶され、この信号Ｘ゛が位相変調波Ｆ
、の基準波Ｆｌｌに対する一波長内の位相差となる。従
って、ここまでの動作で可動反射鏡５のλ／２までの変
位Ｘを検出することができる。
がりにおいてラッチ回路１２に同図（Ｆ）に示すような
信号ｘ′として記憶され、この信号Ｘ゛が位相変調波Ｆ
、の基準波Ｆｌｌに対する一波長内の位相差となる。従
って、ここまでの動作で可動反射鏡５のλ／２までの変
位Ｘを検出することができる。
次に、信号Ｘ°は次回の位相変調波Ｆ、の立ち下がりで
ラッチ回路１３に信号Ｘ”として記憶されるが、信号Ｘ
“は信号Ｘ°の変化する一つ前の信号となる。
ラッチ回路１３に信号Ｘ”として記憶されるが、信号Ｘ
“は信号Ｘ°の変化する一つ前の信号となる。
信号Ｘ°及び信号Ｘ“はアップダウンパルス発生器１４
内で減算され、第８図（Ｇ）に示すような減算値Δ×が
下記（１）式の条件により第８図（ＩＩ）に示すような
アップパルスＵＰ又はダウンパルスＤＰを出力する。
内で減算され、第８図（Ｇ）に示すような減算値Δ×が
下記（１）式の条件により第８図（ＩＩ）に示すような
アップパルスＵＰ又はダウンパルスＤＰを出力する。
アラフタランパルス発生器１４からのアップパルスＵＰ
又はダウンパルスＤ、はアップダウンカウンタ１５をア
ップカウント又はダウンカウントさせ、位相変調波ＦＰ
の基準波ＦＲに対する位相差を基準波波長数Ｘ、でアッ
プダウンカウンタ１５より出力する（第８図（１）参照
）。ここで、信号Ｘ゛を下位桁とし、信号×。を上位桁
、つまり６４Ｘｘ、＋ｘ’とする信号Ｘは基準波ＦＲに
対する位相変調波Ｆ、の位相差Ｘとなる。したがって、
可動反射鏡５の）３勅変位Ｘをλ／１２８の分解能で検
出することができる。
又はダウンパルスＤ、はアップダウンカウンタ１５をア
ップカウント又はダウンカウントさせ、位相変調波ＦＰ
の基準波ＦＲに対する位相差を基準波波長数Ｘ、でアッ
プダウンカウンタ１５より出力する（第８図（１）参照
）。ここで、信号Ｘ゛を下位桁とし、信号×。を上位桁
、つまり６４Ｘｘ、＋ｘ’とする信号Ｘは基準波ＦＲに
対する位相変調波Ｆ、の位相差Ｘとなる。したがって、
可動反射鏡５の）３勅変位Ｘをλ／１２８の分解能で検
出することができる。
第８図（Ｄ） 、 （Ｆ）及び（Ｊ）における破線特性
ＡはＰＬＬ回路の追従遅れがない場合の値を示しており
、同図（Ｊ）の斜線部Ｂは追従遅れによる誤差、つまり
変位検出誤差を示している。
ＡはＰＬＬ回路の追従遅れがない場合の値を示しており
、同図（Ｊ）の斜線部Ｂは追従遅れによる誤差、つまり
変位検出誤差を示している。
以上の如く第７図の従来装置では、第８図のタイミング
チャートの信号ＸのようにＰＬＬ回路の追従遅れがない
場合に比べ、斜線部Ｂのような大きな変位検出誤差を生
じてしまう。
チャートの信号ＸのようにＰＬＬ回路の追従遅れがない
場合に比べ、斜線部Ｂのような大きな変位検出誤差を生
じてしまう。
（発明が解決しようとする課題）
第７図の従来例ではレーザ発振器１の発振光ｆ１及びｆ
２の差周波数、つまり基準波ＦＲの周波数は第８図のタ
イミングチャートのように変動し易く、この為ＬＰＦを
持つＰＬＬ回路では、基準波ＦＲの周波数変動にカウン
トパルスＣＬＫ’の周波数が正確に同期追従できない。
２の差周波数、つまり基準波ＦＲの周波数は第８図のタ
イミングチャートのように変動し易く、この為ＬＰＦを
持つＰＬＬ回路では、基準波ＦＲの周波数変動にカウン
トパルスＣＬＫ’の周波数が正確に同期追従できない。
この為、変位検出値にこの追従誤差分の変位検出誤差が
生ずるという問題がある。また、ＰＬＬ回路内のローパ
スフィルタや電圧制御発振器はデジタル回路化が難しく
、高集積化が困難である。
生ずるという問題がある。また、ＰＬＬ回路内のローパ
スフィルタや電圧制御発振器はデジタル回路化が難しく
、高集積化が困難である。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本
発明の目的は、レーザ測長器等の位相変調方式による変
位量検出器からの信号を高精度の変位量に比例した数値
に変換し、かつ高集積化の容易な変位検出装置を提供す
ることにある。
発明の目的は、レーザ測長器等の位相変調方式による変
位量検出器からの信号を高精度の変位量に比例した数値
に変換し、かつ高集積化の容易な変位検出装置を提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は変位量を基準波に対する位相変調波として出力
する検出器の変位検出装置に関するもので、本発明の上
記目的は、一定周波数でカウントパルスを出力する発振
器からのカウントパルスにより時間計測するカウンタを
用い、前記基準波の周期ΔＴＲと前記位相変調波の基準
波に対する遅延時間ΔＴＰとを平行測定し、かつ除算器
によりほぼ同時間の前記遅延時間ΔＴ、を前記周期ΔＴ
Ｒで除算演算することで、前記位相変調波の基準波に対
する位相差、つまり前記変位量を検出することによって
達成される。すなわち、本発明の目的は、カウントパル
スを出力する発振器及び前記カウントパルスにより前記
基準波の周期ΔＴＲを測定する第１の手段と、前記周期
ΔＴＲの測定と平行して前記カウントパルスにより前記
基準波に対する位相変調波の遅延時間ΔＴ、を測定する
第２の手段と、前記遅延時間ΔＴＰを前記−周期ΔＴＲ
で除算する演算手段とを設けることによって達成される
。
する検出器の変位検出装置に関するもので、本発明の上
記目的は、一定周波数でカウントパルスを出力する発振
器からのカウントパルスにより時間計測するカウンタを
用い、前記基準波の周期ΔＴＲと前記位相変調波の基準
波に対する遅延時間ΔＴＰとを平行測定し、かつ除算器
によりほぼ同時間の前記遅延時間ΔＴ、を前記周期ΔＴ
Ｒで除算演算することで、前記位相変調波の基準波に対
する位相差、つまり前記変位量を検出することによって
達成される。すなわち、本発明の目的は、カウントパル
スを出力する発振器及び前記カウントパルスにより前記
基準波の周期ΔＴＲを測定する第１の手段と、前記周期
ΔＴＲの測定と平行して前記カウントパルスにより前記
基準波に対する位相変調波の遅延時間ΔＴ、を測定する
第２の手段と、前記遅延時間ΔＴＰを前記−周期ΔＴＲ
で除算する演算手段とを設けることによって達成される
。
（作用）
本発明の前記解決手段によれば、基準波の周期と基準波
及び位相変調波の遅延時間とを平行に測定し、前記遅延
時間をそれとほぼ同時点の基準波の前記周期で除算して
基準波に対する位相変調波の位相差を検出している為、
基準波の変動によるＰＬＬ回路のような応答遅れが少な
く、またデジタル回路で構成できる為、高集積化も容易
である。
及び位相変調波の遅延時間とを平行に測定し、前記遅延
時間をそれとほぼ同時点の基準波の前記周期で除算して
基準波に対する位相変調波の位相差を検出している為、
基準波の変動によるＰＬＬ回路のような応答遅れが少な
く、またデジタル回路で構成できる為、高集積化も容易
である。
（実施例）
以下、図面に基づいて本発明の実ｔａ例を説明する。
第１図はレーザ測長器と本発明による変位検出装置の一
実施例を、第７図に対応させて示す構成図であり、その
動作を第２図のタイミングチャートを参照して説明する
。
実施例を、第７図に対応させて示す構成図であり、その
動作を第２図のタイミングチャートを参照して説明する
。
第１図において、レーザ発振器１．ビームスプリッタ２
．３及び固定反射鏡４．可動反射鏡５゜フォトディテク
タ６．７は第７図と全く同じレーザ測長器を示しており
、ここではその説明を省略する。カウンタ１７は、カウ
ントクロック発振器１６からの第２図（八）に示すよう
な一定周波数のカウントパルスＣＬＸにより同図（Ｂ）
に示すような鋸歯状の時間信号Ｔ（０≦Ｔ≦（２’−１
）のバイナリ信号）を出力し、時間信号Ｔはラッチ回路
１８により同図（Ｃ）に示す基準波ＦＲの立ち下がりで
、基準波Ｆｅの立ち下がり時間Ｔｎとして記憶される。
．３及び固定反射鏡４．可動反射鏡５゜フォトディテク
タ６．７は第７図と全く同じレーザ測長器を示しており
、ここではその説明を省略する。カウンタ１７は、カウ
ントクロック発振器１６からの第２図（八）に示すよう
な一定周波数のカウントパルスＣＬＸにより同図（Ｂ）
に示すような鋸歯状の時間信号Ｔ（０≦Ｔ≦（２’−１
）のバイナリ信号）を出力し、時間信号Ｔはラッチ回路
１８により同図（Ｃ）に示す基準波ＦＲの立ち下がりで
、基準波Ｆｅの立ち下がり時間Ｔｎとして記憶される。
また、時間Ｔｎはラッチ回路１９により基準波ＦＲの立
ち下がりで、基準波ｐｉの立ち下がり一周期前の時間Ｔ
ｎ゛として記憶される。時間ＴＲ及びＴＲ’は共に減算
器２１に入力され、減算器２１は、出力をＯ〜（２’−
１）までの７ビツトに限定することで、ＴＲ＜Ｔｎ’
でも必ず一つ前の立ち下がりから次の立ち下がりまでの
時間ΔＴＲ％つまり基準波ＦＲの基準波周期ΔＴＲを第
２図（Ｅ）に示すように出力する。また、カウンタ１７
からの時間信号Ｔはラッチ回路２０により、第２図（Ｄ
）に示す位相変調波Ｆ、の立ち下がりで位相変調波の立
ち下がり時間Ｔ、として記憶される。時間Ｔ、は減算器
２２において基準波ＦＲの立ち下がり時間ＴＲで減算さ
れ、位相変調波Ｆ、の基準波ＦＲに対する波形立ち下が
り遅延時間ΔＴ、として第２図（Ｆ）の如く出力される
。遅延時間ΔＴＰは除算器２３により基準波周期ΔＴＲ
で除算され、位相変調波Ｆ、の基準波Ｆｎに対する一周
期内分の位相差信号Ｘ°として第２図（６） に示す如
く出力される（ただし、位相差信号Ｘ°はΔＴｐ／ΔＴ
ＲＸ６４の下位６ビツトである）。従って、上記動作で
可動反射鏡５のλ／２までの変位Ｘを、λ／１２８の分
解能で検出することができる。
ち下がりで、基準波ｐｉの立ち下がり一周期前の時間Ｔ
ｎ゛として記憶される。時間ＴＲ及びＴＲ’は共に減算
器２１に入力され、減算器２１は、出力をＯ〜（２’−
１）までの７ビツトに限定することで、ＴＲ＜Ｔｎ’
でも必ず一つ前の立ち下がりから次の立ち下がりまでの
時間ΔＴＲ％つまり基準波ＦＲの基準波周期ΔＴＲを第
２図（Ｅ）に示すように出力する。また、カウンタ１７
からの時間信号Ｔはラッチ回路２０により、第２図（Ｄ
）に示す位相変調波Ｆ、の立ち下がりで位相変調波の立
ち下がり時間Ｔ、として記憶される。時間Ｔ、は減算器
２２において基準波ＦＲの立ち下がり時間ＴＲで減算さ
れ、位相変調波Ｆ、の基準波ＦＲに対する波形立ち下が
り遅延時間ΔＴ、として第２図（Ｆ）の如く出力される
。遅延時間ΔＴＰは除算器２３により基準波周期ΔＴＲ
で除算され、位相変調波Ｆ、の基準波Ｆｎに対する一周
期内分の位相差信号Ｘ°として第２図（６） に示す如
く出力される（ただし、位相差信号Ｘ°はΔＴｐ／ΔＴ
ＲＸ６４の下位６ビツトである）。従って、上記動作で
可動反射鏡５のλ／２までの変位Ｘを、λ／１２８の分
解能で検出することができる。
次に、信号×°はラッチ回路１３により位相変調波ＦＰ
の立ち下がり又は基準波ＦＲの立ち下がりで信号Ｘ”と
して記憶され、信号Ｘ”は信号Ｘ°の変化する一つ前の
信号となる。アップダウンパルス発生器１４及びアップ
ダウンカウンタ１５は第７図の動作と同様に、信号Ｘ°
及び信号Ｘ゛をもとに位相変調波Ｆ、の基準波ＦＲに対
する位相差波長数ｘ、を出力する。したがフて、信号Ｘ
°を下位桁とし、位相差波長数ｘｕを上位桁、つまり６
４Ｘｘ、＋ｘ’とする信号Ｘは基準波ＦＴ１に対する位
相変調波ＦＰの位相差を表わしている。すなわち、ラッ
チ回路１３の出力Ｘ゛は第２（Ｇ）のようになり、前記
（１）式で示される減算値Δ×は同図（）Ｉ）のように
なる。また、パルス発生器１４からのアップパルスＩＩ
Ｐは第２図（１）のように出力され、出力される位相差
Ｘは同図（Ｊ）のようになる。なお、第２図（Ｊ）の破
線特性Ｃは、前述した従来方式の追従遅れがない場合を
示している。これにより、第１図の変位検出装置は可動
反射鏡５の移動変位Ｘをλ／１２８の分解能で検出する
ことができる。
の立ち下がり又は基準波ＦＲの立ち下がりで信号Ｘ”と
して記憶され、信号Ｘ”は信号Ｘ°の変化する一つ前の
信号となる。アップダウンパルス発生器１４及びアップ
ダウンカウンタ１５は第７図の動作と同様に、信号Ｘ°
及び信号Ｘ゛をもとに位相変調波Ｆ、の基準波ＦＲに対
する位相差波長数ｘ、を出力する。したがフて、信号Ｘ
°を下位桁とし、位相差波長数ｘｕを上位桁、つまり６
４Ｘｘ、＋ｘ’とする信号Ｘは基準波ＦＴ１に対する位
相変調波ＦＰの位相差を表わしている。すなわち、ラッ
チ回路１３の出力Ｘ゛は第２（Ｇ）のようになり、前記
（１）式で示される減算値Δ×は同図（）Ｉ）のように
なる。また、パルス発生器１４からのアップパルスＩＩ
Ｐは第２図（１）のように出力され、出力される位相差
Ｘは同図（Ｊ）のようになる。なお、第２図（Ｊ）の破
線特性Ｃは、前述した従来方式の追従遅れがない場合を
示している。これにより、第１図の変位検出装置は可動
反射鏡５の移動変位Ｘをλ／１２８の分解能で検出する
ことができる。
以上説明したように、第１図の装置によれば第２図（Ｊ
）のタイミングチャートの信号Ｘのように、従来方式よ
りも誤差を小さくでき、また、高集積化の容易なデジタ
ル回路で装置を構成することが可能となる。
）のタイミングチャートの信号Ｘのように、従来方式よ
りも誤差を小さくでき、また、高集積化の容易なデジタ
ル回路で装置を構成することが可能となる。
第３図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、第４
図はその動作例を示すタイミングチャートである。
図はその動作例を示すタイミングチャートである。
第３図において基準波ＦＲは２分周器３０で２分周され
、分周された信号ＦＲ／２は論理回路３１に入力され、
論理回路３１により基準波ＦＲの反転信号と信号ＦＲ／
２との論理積による第４図（Ｃ）に示すようなリセット
信号Ｒ５Ｔが基準波ＦＲの２周期毎に出力される。Ｄタ
イプフリップフロップ３２及びＡＮＤ）回路３４はカウ
ントクロック発振器１６からのカウントパルスＣＬＫを
、リセット信号Ｒ５ＴがＨ”となってから“Ｌ“になっ
た後基準波ＦＲが立ち上がるまでの間カウンタ３６へ人
力する。カウンタ３６はリセット信号Ｒ５Ｔの“Ｈ”で
出力をクリアした後、リセット信号Ｒ５Ｔが“Ｌ”に変
化した直後から基準波ＦＲが立ち上がるまでの間を第４
図（Ｄ）の如くカウントアツプし、計数停止後の計数値
ΔＴＲをリセット信号ｒｌＳＴが“Ｈ・”になるまでラ
ッチ回路３Ｂで第４図（Ｇ）に示す如く保持する。ここ
で、計数値ΔＴｌｌは基準波ＦＲの立ち上がりから次の
立ち上がりまでの基準波Ｆ、の周期となり、ラッチ回路
３８は、基準波周期ΔＴＲをリセット信号Ｒ５Ｔの立ち
上がりで記憶する。また、Ｄタイプフリップフロップ３
３及びＡＮＤ回路３５はカウントクロック発振器１６か
らのカウントパルスＣＬＫを、リセット信号Ｒ５Ｔが“
Ｈ”となってから“Ｌ”になった後位相変調波ＦＰが立
ち上がるまでの間カウンタ３７へ人力する。
、分周された信号ＦＲ／２は論理回路３１に入力され、
論理回路３１により基準波ＦＲの反転信号と信号ＦＲ／
２との論理積による第４図（Ｃ）に示すようなリセット
信号Ｒ５Ｔが基準波ＦＲの２周期毎に出力される。Ｄタ
イプフリップフロップ３２及びＡＮＤ）回路３４はカウ
ントクロック発振器１６からのカウントパルスＣＬＫを
、リセット信号Ｒ５ＴがＨ”となってから“Ｌ“になっ
た後基準波ＦＲが立ち上がるまでの間カウンタ３６へ人
力する。カウンタ３６はリセット信号Ｒ５Ｔの“Ｈ”で
出力をクリアした後、リセット信号Ｒ５Ｔが“Ｌ”に変
化した直後から基準波ＦＲが立ち上がるまでの間を第４
図（Ｄ）の如くカウントアツプし、計数停止後の計数値
ΔＴＲをリセット信号ｒｌＳＴが“Ｈ・”になるまでラ
ッチ回路３Ｂで第４図（Ｇ）に示す如く保持する。ここ
で、計数値ΔＴｌｌは基準波ＦＲの立ち上がりから次の
立ち上がりまでの基準波Ｆ、の周期となり、ラッチ回路
３８は、基準波周期ΔＴＲをリセット信号Ｒ５Ｔの立ち
上がりで記憶する。また、Ｄタイプフリップフロップ３
３及びＡＮＤ回路３５はカウントクロック発振器１６か
らのカウントパルスＣＬＫを、リセット信号Ｒ５Ｔが“
Ｈ”となってから“Ｌ”になった後位相変調波ＦＰが立
ち上がるまでの間カウンタ３７へ人力する。
カウンタ３７はリセット信号Ｒ５ＴのＨ″で出力をクリ
アされた後、リセット信号Ｒ５Ｔが“Ｌ”に変化した直
後から位相変調波Ｆ、が立ち上がるまでの間を第４図（
Ｅ）に示すようにカウントアツプし、計数停止後の計数
値ΔＴｐをリセット信号Ｒ５Ｔが“Ｈ”になるまでラッ
チ回路３９で第４図（Ｆ）に示す如く保持する。ここで
、計数値ΔＴＰは位相変調波ＦＰの基準波ＦＲに対する
波形立ち上がり遅延時間となり、ラッチ回路３９は遅延
時間ΔＴＰをリセット信号Ｒ５Ｔの立ち上がりで記憶す
る。基準波ＰＲの周期ΔＴＲ及び基準波ＦＲに対する位
相変調波ＦＰの遅延時間ΔＴ、は、除算器２３へ入力さ
れて第１図の場合と同様に基準波ＦＲの一周期内分の位
相差信号×゛として除算器２３から出力される（第４図
（Ｈ）参照）。ラッチ回路１３はリセット信号Ｒ５Ｔの
立ち上がりで位相差信号Ｘ°の変化するーっ前の信号Ｘ
“を記憶し、アップダウンパルス発生器１４及びアップ
ダウンカ虹ンタ１５により、以下第１図と同様の方法に
よって基準波ＦＲに対する位相変調波Ｆ、の位相差Ｘを
検出することができる。
アされた後、リセット信号Ｒ５Ｔが“Ｌ”に変化した直
後から位相変調波Ｆ、が立ち上がるまでの間を第４図（
Ｅ）に示すようにカウントアツプし、計数停止後の計数
値ΔＴｐをリセット信号Ｒ５Ｔが“Ｈ”になるまでラッ
チ回路３９で第４図（Ｆ）に示す如く保持する。ここで
、計数値ΔＴＰは位相変調波ＦＰの基準波ＦＲに対する
波形立ち上がり遅延時間となり、ラッチ回路３９は遅延
時間ΔＴＰをリセット信号Ｒ５Ｔの立ち上がりで記憶す
る。基準波ＰＲの周期ΔＴＲ及び基準波ＦＲに対する位
相変調波ＦＰの遅延時間ΔＴ、は、除算器２３へ入力さ
れて第１図の場合と同様に基準波ＦＲの一周期内分の位
相差信号×゛として除算器２３から出力される（第４図
（Ｈ）参照）。ラッチ回路１３はリセット信号Ｒ５Ｔの
立ち上がりで位相差信号Ｘ°の変化するーっ前の信号Ｘ
“を記憶し、アップダウンパルス発生器１４及びアップ
ダウンカ虹ンタ１５により、以下第１図と同様の方法に
よって基準波ＦＲに対する位相変調波Ｆ、の位相差Ｘを
検出することができる。
一方、第５図は本発明をソフトウェア的に処理する実施
例を示す構成図であり、この例では、基準波ＦＲは分周
器４０により１２８分周した信号ＦＲ’に変換され、位
相変調波ＦＰも分周器４１により１２８分周した信号Ｆ
Ｐ’に変換される。これにより、信号ＦＲ′ に対する
信号Ｆ、”の位相差は、基準波ＦＲに対する位相変調波
ＦＰの位相差の１２８分の１となる。
例を示す構成図であり、この例では、基準波ＦＲは分周
器４０により１２８分周した信号ＦＲ’に変換され、位
相変調波ＦＰも分周器４１により１２８分周した信号Ｆ
Ｐ’に変換される。これにより、信号ＦＲ′ に対する
信号Ｆ、”の位相差は、基準波ＦＲに対する位相変調波
ＦＰの位相差の１２８分の１となる。
カウンタ４２は、カウントクロック発振器１６からのカ
ウントパルスＣＬににより時間信号Ｔ（０≦Ｔ≦＄ ３
ＦＦＦのバイナリ信号）を出力し、時間信号Ｔはラッ
チ回路４３により信号ＰＲ’の立ち上がりで、信号ＦＲ
′の立ち上がり時間ＴＲとして記憶される。
ウントパルスＣＬににより時間信号Ｔ（０≦Ｔ≦＄ ３
ＦＦＦのバイナリ信号）を出力し、時間信号Ｔはラッ
チ回路４３により信号ＰＲ’の立ち上がりで、信号ＦＲ
′の立ち上がり時間ＴＲとして記憶される。
また、時間信号Ｔはラッチ回路４４により信号Ｆ、。
の立ち上がりで、信号Ｆ、°の立ち上がり時間ＴＰとし
４て記憶される。
４て記憶される。
ここにおいて、マイクロプロセッサ４５はＭ６図のフロ
ーチャートに従って動作する。すなわち先ず信号ＦＲ′
が立ち上がる（ステップＳｌ）と、マイクロプロセッサ
４５はラッチ回路４３から信号ＦＲ′の立ち上がり時間
Ｔｎを読込み（ステップｓ２）、前回の信号ＦＲ′の立
ち上がり時間Ｔ、との差ΔＴＲを求め（ステップＳ３）
、さらに１６進数“＄３ＦＦＦ”との論理積をとり（ス
テップＳ４） 、ＴＲ＜Ｔｎ’の場合でも必ず差ΔＴＲ
が信号ＦＲ’の周期（〉０）となるように処理を行なっ
ている（ステップＳ５）。また、信号ＦＰ°の立ち上が
り（ステップＳ６）後、マイクロプロセッサ４５はラッ
チ回路４４から信号ＦＰ’の立ち土がり時間ＴＰを読込
み（ステップｓ７）、信号ＦＲ’の立ち上がり時間Ｔｎ
との差ΔＴＰ％つまり信号ＦＰ’の信号Ｆｎ゛ に対す
る波形立ち上がり遅延時間を求めている（ステップｓ８
）。次に、遅延時間ΔＴＰを１６進数“＄２０００”で
乗算しくステップ５１０）、差ΔＴＲで除算後に１６進
数”＄ ＩＦＦＦ”との論理積をとることにより（ステ
ップ５ｌｌ）、信号ＦＰ’の信号ＦＲ’ に対する位相
差Ｘ°を信号ＦＲ°の一周期を１６進数°“＄ ２００
０”とする単位でかつ信号ＦＲ′の一周期内の範囲で求
めている。さらに、信号ＦＰ’の信号ＦＲに対する位相
差Ｘ′から前回の位相差Ｘ“どの差Δｘを演算しくステ
ップ５１２）、差Δｘが信号ＦＴＩ’の半周期以上の値
（±＄ １０００）を越えたかどうかを判定しくステッ
プ５１４，５１６）、変数ｘ、を増減することで信号Ｆ
Ｐ’の信号ＰＲ’ に対する位相差の波長数を×、とじ
て求める（ステップ５１５，５１７）。
ーチャートに従って動作する。すなわち先ず信号ＦＲ′
が立ち上がる（ステップＳｌ）と、マイクロプロセッサ
４５はラッチ回路４３から信号ＦＲ′の立ち上がり時間
Ｔｎを読込み（ステップｓ２）、前回の信号ＦＲ′の立
ち上がり時間Ｔ、との差ΔＴＲを求め（ステップＳ３）
、さらに１６進数“＄３ＦＦＦ”との論理積をとり（ス
テップＳ４） 、ＴＲ＜Ｔｎ’の場合でも必ず差ΔＴＲ
が信号ＦＲ’の周期（〉０）となるように処理を行なっ
ている（ステップＳ５）。また、信号ＦＰ°の立ち上が
り（ステップＳ６）後、マイクロプロセッサ４５はラッ
チ回路４４から信号ＦＰ’の立ち土がり時間ＴＰを読込
み（ステップｓ７）、信号ＦＲ’の立ち上がり時間Ｔｎ
との差ΔＴＰ％つまり信号ＦＰ’の信号Ｆｎ゛ に対す
る波形立ち上がり遅延時間を求めている（ステップｓ８
）。次に、遅延時間ΔＴＰを１６進数“＄２０００”で
乗算しくステップ５１０）、差ΔＴＲで除算後に１６進
数”＄ ＩＦＦＦ”との論理積をとることにより（ステ
ップ５ｌｌ）、信号ＦＰ’の信号ＦＲ’ に対する位相
差Ｘ°を信号ＦＲ°の一周期を１６進数°“＄ ２００
０”とする単位でかつ信号ＦＲ′の一周期内の範囲で求
めている。さらに、信号ＦＰ’の信号ＦＲに対する位相
差Ｘ′から前回の位相差Ｘ“どの差Δｘを演算しくステ
ップ５１２）、差Δｘが信号ＦＴＩ’の半周期以上の値
（±＄ １０００）を越えたかどうかを判定しくステッ
プ５１４，５１６）、変数ｘ、を増減することで信号Ｆ
Ｐ’の信号ＰＲ’ に対する位相差の波長数を×、とじ
て求める（ステップ５１５，５１７）。
そして、波長数ｘ、を１６進数“＄ ２０００”で乗算
しくステップ５２０）、−周期内の位相差Ｘ°と加算す
ることで信号ＦＰ’の信号ＦＲ’ に対する位相差Ｘと
して求め（ステップ５２１）、外部へ信号×として出力
する０位相差信号Ｘの分解能は第６図のフローチャート
により、信号ＦＲ’の一周期の８１９２（＄ ２０００
）分の１となる。したがって、位相差信号Ｘは基準波Ｆ
Ｒ・に対する位相変調波Ｆ、の位相差を、基準波ＦＲの
一周期の６４ （８１９２７１２８）分の１の分解能で
検出することができる。
しくステップ５２０）、−周期内の位相差Ｘ°と加算す
ることで信号ＦＰ’の信号ＦＲ’ に対する位相差Ｘと
して求め（ステップ５２１）、外部へ信号×として出力
する０位相差信号Ｘの分解能は第６図のフローチャート
により、信号ＦＲ’の一周期の８１９２（＄ ２０００
）分の１となる。したがって、位相差信号Ｘは基準波Ｆ
Ｒ・に対する位相変調波Ｆ、の位相差を、基準波ＦＲの
一周期の６４ （８１９２７１２８）分の１の分解能で
検出することができる。
以上説明した第５図のように、基準波ＦＲと位相変調波
ＦＰを共にＮ分周した信号から、第１図の変位検出装置
と同様の方式で位相変調波ＦＰの基準波Ｆ、に対する位
相差Ｘを検出する場合、基準波ＦＲ及び位相変調波Ｆ、
の周期をＮ倍長くできることで、第６図のように回路の
一部をマイクロプロセッサ４５のソフト処理により行な
うことが容易となる。
ＦＰを共にＮ分周した信号から、第１図の変位検出装置
と同様の方式で位相変調波ＦＰの基準波Ｆ、に対する位
相差Ｘを検出する場合、基準波ＦＲ及び位相変調波Ｆ、
の周期をＮ倍長くできることで、第６図のように回路の
一部をマイクロプロセッサ４５のソフト処理により行な
うことが容易となる。
これは、レーザ測長器のように基準波周波数が数Ｍ１１
□となる場合、変位検出装置の一部をマイクロプロセッ
サのソフト処理により簡素化する場合に有効である。
□となる場合、変位検出装置の一部をマイクロプロセッ
サのソフト処理により簡素化する場合に有効である。
（発明の効果）
本発明によれば、変位量を基準波に対する位相変調波と
して出力する検出器の変位量を、基準波の周期と位相変
調波の基準波に対する遅延時間とをほぼ同時に測定し、
位相変調波の基準波に対する位相差を検出して求めてい
る。したがって、基準波が周波数変動した場合の検出変
位量の誤差を小さくできる。また、全てデジタル回路に
より構成できる為、従来のＰＬＬ回路を使用した装置に
比べ高集積化が容易である。
して出力する検出器の変位量を、基準波の周期と位相変
調波の基準波に対する遅延時間とをほぼ同時に測定し、
位相変調波の基準波に対する位相差を検出して求めてい
る。したがって、基準波が周波数変動した場合の検出変
位量の誤差を小さくできる。また、全てデジタル回路に
より構成できる為、従来のＰＬＬ回路を使用した装置に
比べ高集積化が容易である。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図はその動作例を示すタイミングチャート、第３図及び
第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロック構
成図、第４図及び第６図はそれぞれ各動作例を示すタイ
ミングチャート、第７図は従来の装置例を示すブロック
図、第８図はその動作例を示すフローチャートである。 １・・・レーザ発振器、４・・・固定反射鏡、５・・・
可動反射鏡、１３．１７，３６，３７．４２・・・カウ
ンタ、９・・・位相比較器、１０−Ｌ’ＰＦ 、 １ｌ
−Ｖ（：０ 、１２，１３，１８，１９，２０，３８゜
３９・・・ラッチ回路、１５・・・アップダウンカウン
タ、１６・・・発振器、２１．２２・・・減算器、２３
・・・除算器、３Ｇ。 ４０．４１・・・分周器、３２．３３・・・フリップフ
ロップ。
図はその動作例を示すタイミングチャート、第３図及び
第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロック構
成図、第４図及び第６図はそれぞれ各動作例を示すタイ
ミングチャート、第７図は従来の装置例を示すブロック
図、第８図はその動作例を示すフローチャートである。 １・・・レーザ発振器、４・・・固定反射鏡、５・・・
可動反射鏡、１３．１７，３６，３７．４２・・・カウ
ンタ、９・・・位相比較器、１０−Ｌ’ＰＦ 、 １ｌ
−Ｖ（：０ 、１２，１３，１８，１９，２０，３８゜
３９・・・ラッチ回路、１５・・・アップダウンカウン
タ、１６・・・発振器、２１．２２・・・減算器、２３
・・・除算器、３Ｇ。 ４０．４１・・・分周器、３２．３３・・・フリップフ
ロップ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、変位量を基準波に対する位相変調波として出力する
検出器の変位検出装置において、カウントパルスを出力
する発振器及び前記カウントパルスにより前記基準波の
周期ΔＴ＿Ｒを測定する第１の手段と、前記周期ΔＴ＿
Ｒの測定と平行して前記カウントパルスにより前記基準
波に対する位相変調波の遅延時間ΔＴ＿Ｐを測定する第
２の手段と、前記遅延時間ΔＴ＿Ｐを前記周期ΔＴ＿Ｒ
で除算する演算手段とを具備したことを特徴とする変位
検出装置。 ２、前記第１及び第２の手段が、前記カウントパルスを
計数するカウンタと、前記基準波の立ち上がり又は立ち
下がり時の前記カウンタの出力値Ｔ＿Ｒを記憶する手段
と、前記値Ｔ＿Ｒの変化する一つ前の値Ｔ＿Ｒ′を記憶
する手段と、前記値Ｔ＿Ｒ及びＴ＿Ｒ′の差を演算出力
する減算器と、前記位相変調波の立ち上がり又は立ち下
がり時の前記カウンタの出力値Ｔ＿Ｐを記憶する手段と
、前記値Ｔ＿Ｐと前記値Ｔ＿Ｒ又はＴ＿Ｒ′との差を演
算出力する減算器とで成る請求項１に記載の変位検出装
置。 ３、前記第１及び第２の手段が、前記カウントパルスを
計数する２組のカウンタと、前記基準波のｎ周期（ｎ≧
２の整数）毎の立ち上がり又は立ち下がり時に前記２組
のカウンタをクリアしかつ計数を開始させる手段と、前
記２組のカウンタの一方を計数開始後の前記基準波の立
ち上がり又は立ち下がりで前記計数を停止させる手段と
、前記２組のカウンタの他方を計数開始後の前記位相変
調波の立ち上がり又は立ち下がりで前記計数を停止させ
る手段と、前記２組のカウンタの計数停止以後クリアさ
れるまでの間の計数出力値を記憶する手段とで成る請求
項１に記載の変位検出装置。 ４、請求項１に記載の変位検出装置と、前記変位検出装
置の検出変位ｘ′の変化する一つ前の検出変位ｘ″を記
憶する手段と、前記検出変位ｘ′及びｘ″の差Δｘを演
算出力する減算器と、前記差Δｘの大きさによりアップ
カウント又はダウンカウントする計数手段とを具備した
ことを特徴とする変位検出装置。 ５、変位量を基準波に対する位相変調波として出力する
検出器の変位検出装置において、前記基準波をＮ分周す
る第１の分周器と、前記位相変調波をＮ分周する第２の
分周器と、前記Ｎ分周後の基準波及び前記Ｎ分周後の位
相変調波を入力とする請求項１又は請求項４に記載の変
位検出装置とを具備したことを特徴とする変位検出装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108469A JPH0776695B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108469A JPH0776695B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02287109A true JPH02287109A (ja) | 1990-11-27 |
| JPH0776695B2 JPH0776695B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=14485548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1108469A Expired - Fee Related JPH0776695B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776695B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010101642A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| JP2010117145A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| JP2010133757A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| US8537341B2 (en) | 2010-03-16 | 2013-09-17 | Azbil Corporation | Physical quantity sensor and physical quantity measuring method |
| US8982336B2 (en) | 2010-03-10 | 2015-03-17 | Azbil Corporation | Physical quantity sensor and physical quantity measuring method |
| US8996326B2 (en) | 2009-06-29 | 2015-03-31 | Azbil Corporation | Counting device, physical quantity sensor, counting method, and physical quantity measuring method |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1108469A patent/JPH0776695B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010101642A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| JP2010117145A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| JP2010133757A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Yamatake Corp | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
| US8996326B2 (en) | 2009-06-29 | 2015-03-31 | Azbil Corporation | Counting device, physical quantity sensor, counting method, and physical quantity measuring method |
| US8982336B2 (en) | 2010-03-10 | 2015-03-17 | Azbil Corporation | Physical quantity sensor and physical quantity measuring method |
| US8537341B2 (en) | 2010-03-16 | 2013-09-17 | Azbil Corporation | Physical quantity sensor and physical quantity measuring method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0776695B2 (ja) | 1995-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |