JP2000146516A - Laser length measuring instrument - Google Patents

Laser length measuring instrument

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JP2000146516A
JP2000146516A JP10322214A JP32221498A JP2000146516A JP 2000146516 A JP2000146516 A JP 2000146516A JP 10322214 A JP10322214 A JP 10322214A JP 32221498 A JP32221498 A JP 32221498A JP 2000146516 A JP2000146516 A JP 2000146516A
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JP
Japan
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signal
laser
frequency
interference
filter circuit
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Application number
JP10322214A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Katsurai
徹 桂井
Kiyoaki Koyama
清明 小山
Toshio Adachi
俊雄 足立
Akira Oya
彰 大矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the influence of the spectrum ray width of a laser diode. SOLUTION: The laser length measuring instrument which uses heterodyne interference is provided with a head 53 which outputs laser light and also outputs a reference signal and an interferometer 4 which outputs interference light by reflecting laser light of one frequency of the laser light by a reference mirror in the interferometer 4 and the laser light of the other frequency by a mirror 5 fitted to a body to be measured respectively. Further, this instrument is provided with a receiver 6 which detects interference light and outputs an interference signal, a signal processing circuit 7 which detects and integrated the phase difference between the interference signal and reference signal to measure the position of the body to be measured, and a low-pass filter circuit 18 which attenuates the high-frequency signal of the output signal 100 of the signal processing circuit 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロダイン干渉
を用いたレーザ測長装置に関し、特にレーザダイオード
のスペクトル線幅の影響を抑えることが可能なレーザ測
長装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser length measuring device using heterodyne interference, and more particularly to a laser length measuring device capable of suppressing the influence of the spectral line width of a laser diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のヘテロダイン干渉を用いたレーザ
測長装置は2つの周波数のレーザ光を用いて、一方の周
波数のレーザ光を基準ミラーで、他方の周波数のレーザ
光を被測定物に取り付けられたミラーでそれぞれ反射さ
せて干渉させる。
2. Description of the Related Art A conventional laser length measuring apparatus using heterodyne interference uses laser beams of two frequencies, and attaches a laser beam of one frequency to a reference mirror and a laser beam of the other frequency to an object to be measured. The light is reflected by the mirrors and interferes.

【0003】被測定物が動くとドップラー効果により被
測定物が停止していた場合の干渉光の周波数と比較して
被測定物が動いた場合の干渉光の周波数が変化する。
When the DUT moves, the frequency of the interference light when the DUT moves changes compared to the frequency of the interference light when the DUT stops due to the Doppler effect.

【0004】そこで、前記2つの周波数の差の周波数を
基準信号として、この基準信号と被測定物が動いた場合
の干渉光との位相差を検出することにより、被測定物の
初期状態からの変化、言い換えれば、被測定物の位置を
測定することが可能になる。
Therefore, by using the frequency of the difference between the two frequencies as a reference signal and detecting the phase difference between this reference signal and the interference light when the device under test moves, the position of the device under test from its initial state is detected. The change, in other words, the position of the measured object can be measured.

【0005】図4はこのような従来のレーザ測長装置の
一例を示す構成ブロック図である。図4において1は駆
動回路、2はレーザダイオード、3は基準信号生成手
段、4は干渉計、5は被測定物に取り付けられたミラ
ー、6はレシーバ、7は信号処理回路、100は位置情
報信号、101は干渉信号、102は基準信号である。
また、1〜3はヘッド50を構成している。
FIG. 4 is a structural block diagram showing an example of such a conventional laser length measuring device. In FIG. 4, 1 is a drive circuit, 2 is a laser diode, 3 is a reference signal generating means, 4 is an interferometer, 5 is a mirror attached to an object to be measured, 6 is a receiver, 7 is a signal processing circuit, and 100 is positional information. A signal, 101 is an interference signal, and 102 is a reference signal.
1 to 3 constitute a head 50.

【0006】駆動回路1の駆動信号はレーザダイオード
2の駆動端子に接続され、レーザダイオード2の出力光
は基準信号生成手段3を介して干渉計4に入射される。
レーザダイオード2の出力光のうち一方の周波数のレー
ザ光を干渉計4内部の基準ミラーで、他方の周波数のレ
ーザ光を被測定物に取り付けられたミラー5でそれぞれ
反射させて干渉計4内で干渉させる。
The drive signal of the drive circuit 1 is connected to the drive terminal of the laser diode 2, and the output light of the laser diode 2 enters the interferometer 4 via the reference signal generating means 3.
The laser light of one frequency of the output light of the laser diode 2 is reflected by a reference mirror inside the interferometer 4 and the laser light of the other frequency is reflected by a mirror 5 attached to the object to be measured. Cause interference.

【0007】干渉計4で生じた干渉光はレシーバ6に入
射され、レシーバ6の出力である干渉信号101が信号
処理回路7に接続され、基準信号生成手段3の出力であ
る基準信号102も信号処理回路7に接続される。そし
て、信号処理回路7は位置情報信号100を出力する。
The interference light generated by the interferometer 4 is incident on the receiver 6, the interference signal 101 output from the receiver 6 is connected to the signal processing circuit 7, and the reference signal 102 output from the reference signal generating means 3 is also a signal. It is connected to the processing circuit 7. Then, the signal processing circuit 7 outputs the position information signal 100.

【0008】ここで、図4に示す従来例の動作を説明す
る。レーザダイオード2は駆動回路1からの駆動信号に
より駆動されヘッド50から2つの周波数のレーザ光を
出射する。この2つの周波数のレーザ光は基準信号生成
手段3を介して干渉器4に入射される。
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 4 will be described. The laser diode 2 is driven by a drive signal from the drive circuit 1 and emits laser light of two frequencies from the head 50. The laser beams of these two frequencies are incident on the interferometer 4 via the reference signal generating means 3.

【0009】干渉器4ではレーザダイオード2の出力光
のうち一方の周波数のレーザ光を干渉計4内部の基準ミ
ラーで、他方の周波数のレーザ光を被測定物に取り付け
られたミラー5でそれぞれ反射させ干渉計4内で干渉さ
せてその干渉光をレシーバ6に出射する。
In the interferometer 4, the laser light of one frequency of the output light of the laser diode 2 is reflected by a reference mirror inside the interferometer 4 and the laser light of the other frequency is reflected by a mirror 5 attached to the object to be measured. The interference light is made to interfere in the interferometer 4 and the interference light is emitted to the receiver 6.

【0010】レシーバ6は入射された干渉光を電気信号
に変換して干渉信号101として信号処理回路7に出力
する。一方、基準信号生成手段3ではレーザダイオード
2のレーザ光の2つの周波数の差の周波数から基準信号
102を生成して信号処理回路7に出力する。
[0010] The receiver 6 converts the incident interference light into an electric signal and outputs it as an interference signal 101 to the signal processing circuit 7. On the other hand, the reference signal generating means 3 generates a reference signal 102 from the difference between the two frequencies of the laser light of the laser diode 2 and outputs the reference signal 102 to the signal processing circuit 7.

【0011】そして、信号処理回路7は基準信号102
と被測定物が動いた場合の干渉光101との位相差を検
出することにより、被測定物の初期状態からの変化、言
い換えれば、被測定物の位置を測定することが可能にな
る。
The signal processing circuit 7 outputs the reference signal 102
By detecting the phase difference between the interference light 101 and the movement of the device under test, the change from the initial state of the device under test, in other words, the position of the device under test can be measured.

【0012】また、図5はレシーバ6及び信号処理回路
7の詳細を説明する構成ブロック図である。図5におい
て100〜102は図4と同一符号を付してあり、8は
フォトダイオード等を用いた光検出器、9及び12は増
幅器、10及び13はフィルタ回路、11及び14は比
較器、15はPLL回路、16は周期測定回路、17は
積算回路、103は干渉光、104はクロック信号であ
る。また、8〜11はレシーバ51を、12〜17は信
号処理回路52をそれぞれ構成している。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the receiver 6 and the signal processing circuit 7 in detail. 5, reference numerals 100 to 102 denote the same reference numerals as in FIG. 4, 8 denotes a photodetector using a photodiode or the like, 9 and 12 denote amplifiers, 10 and 13 denote filter circuits, 11 and 14 denote comparators, Reference numeral 15 denotes a PLL circuit, 16 denotes a period measuring circuit, 17 denotes an integrating circuit, 103 denotes interference light, and 104 denotes a clock signal. 8 to 11 constitute a receiver 51, and 12 to 17 constitute a signal processing circuit 52, respectively.

【0013】干渉光103は光検出器8に入射され、光
検出器8の出力は増幅器9に接続される。増幅器9の出
力はフィルタ回路10を介して比較器11に接続され、
比較器11の出力は干渉信号101として周期測定回路
16に接続される。
The interference light 103 enters the photodetector 8, and the output of the photodetector 8 is connected to the amplifier 9. The output of the amplifier 9 is connected to a comparator 11 via a filter circuit 10,
The output of the comparator 11 is connected to the period measurement circuit 16 as an interference signal 101.

【0014】一方、基準信号102は増幅器12に接続
され、増幅器12の出力はフィルタ回路13を介して比
較器14に接続される。比較器14の出力はPLL回路
15に接続され、PLL回路15の出力はクロック信号
104として周期測定回路16に接続される。また、周
期測定回路16の出力は積算回路17に接続される。
On the other hand, the reference signal 102 is connected to the amplifier 12, and the output of the amplifier 12 is connected to the comparator 14 via the filter circuit 13. The output of the comparator 14 is connected to a PLL circuit 15, and the output of the PLL circuit 15 is connected as a clock signal 104 to a period measurement circuit 16. The output of the cycle measuring circuit 16 is connected to the integrating circuit 17.

【0015】ここで、図5に示す従来例の動作を簡単に
説明する。干渉光103は光検出器8で電気信号に変換
された後増幅器9で適宜増幅される。増幅器9の出力は
フィルタ回路10を介して比較器11に入力され2値化
されたディジタル信号である干渉信号101として出力
される。
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 5 will be briefly described. The interference light 103 is converted into an electric signal by the photodetector 8 and then appropriately amplified by the amplifier 9. The output of the amplifier 9 is input to a comparator 11 via a filter circuit 10 and output as an interference signal 101 which is a binary digital signal.

【0016】同様に、基準信号102は増幅器12で適
宜増幅され、増幅器12の出力はフィルタ回路13を介
して比較器14に入力され2値化されてディジタル信号
されると共に、PLL回路15で適宜逓倍されてクロッ
ク信号104として出力される。
Similarly, the reference signal 102 is appropriately amplified by the amplifier 12, and the output of the amplifier 12 is input to the comparator 14 via the filter circuit 13 to be binarized and converted into a digital signal. It is multiplied and output as a clock signal 104.

【0017】周期測定回路16はクロック信号104に
基づきレシーバ51の出力である干渉信号101の周期
をカウントすると共にこのカウント値から基準信号10
2の周期に相当するカウント値を減算して位相差を求め
て出力する。そして、積算回路17は周期測定回路16
で求められた位相差を順次積算する。
The period measuring circuit 16 counts the period of the interference signal 101 output from the receiver 51 based on the clock signal 104 and, based on the counted value, the reference signal 10.
The phase difference is obtained by subtracting the count value corresponding to the period of 2 and output. The integrating circuit 17 is provided with a period measuring circuit 16.
Are sequentially integrated.

【0018】この位相差は被測定物が基準信号の1周期
に移動する距離を意味するので、これらの1周期内での
移動距離を順次積算することにより、被測定物の初期状
態からの相対位置を得ることが可能になる。
Since this phase difference means the distance that the device under test moves in one cycle of the reference signal, the relative distance from the initial state of the device under test is calculated by successively integrating the movement distances in one cycle. It becomes possible to obtain the position.

【0019】この結果、干渉信号101の周期を測定し
て、得られた周期から位相差を求めて積算することによ
り被測定物の位置を得ることが可能になる。
As a result, the position of the object to be measured can be obtained by measuring the period of the interference signal 101, obtaining the phase difference from the obtained period, and integrating it.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図4に示す従
来例ではレーザダイオード2から出射されるレーザ光の
周波数は一定ではなく図6に示すように1つの周波数を
中心にある確率密度をもって分布している。
However, in the conventional example shown in FIG. 4, the frequency of the laser light emitted from the laser diode 2 is not constant but is distributed with a certain probability density around one frequency as shown in FIG. are doing.

【0021】図6はレーザダイオード2の出力光の周波
数分布の一例を示す特性曲線図であり、図6に示すよう
にレーザダイオードの出力光の周波数はこのような確率
分布をもって変動していることになる。また、図6中”
LP01”に示す分布特性では中心周波数”f”で光の
パワーが最大であり、そのパワーが”1/2(−3d
B)”となる周波数範囲がスペクトル線幅と呼ばれ、図
6中”SW01”に示すようになる。
FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing an example of the frequency distribution of the output light of the laser diode 2. As shown in FIG. 6, the frequency of the output light of the laser diode fluctuates with such a probability distribution. become. Also, in FIG.
In the distribution characteristic indicated by LP01 ", the light power is the maximum at the center frequency" f ", and the power is" 1/2 (-3d
The frequency range of "B)" is called a spectral line width, and is as shown by "SW01" in FIG.

【0022】一般にレーザダイオード2のスペクトル線
幅はヘリウムネオンガスレーザのスペクトル線幅と比較
して10000倍以上大きいのでレーザダイオードを用
いるレーザ測長装置ではスペクトル線幅の影響がジッタ
として現れてしまうと言った問題点があった。
In general, the spectral line width of the laser diode 2 is more than 10,000 times larger than the spectral line width of a helium neon gas laser. Therefore, in a laser length measuring apparatus using a laser diode, the influence of the spectral line width appears as jitter. There was a problem.

【0023】このため、従来では駆動回路1に高スペク
トル純度化機能を付加してスペクトル線幅を小さくして
図7に示すようなスペクトル線幅の狭い出力光を実現し
ている。
For this reason, conventionally, a high spectral purity function is added to the driving circuit 1 to reduce the spectral line width to realize output light with a narrow spectral line width as shown in FIG.

【0024】図7は高スペクトル純度化機能を付加した
駆動回路1によりスペクトル線幅を小さくしたレーザダ
イオード2の出力光の周波数分布の一例を示す特性曲線
図である。図7中”LP02”の周波数分布において図
7中”SW02”に示すようにスペクトル線幅を小さく
する方法としては、例えば、力光の一部を特定の旧主ス
ペクトルを有する周波数標準となる物資が封入された吸
収セルを透過させ、フォトダイオード等の検出器でとら
えて周波数を弁別し、レーザダイオードの駆動電流で負
帰還を欠けて周波数を制御する方法等がある。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing an example of the frequency distribution of the output light of the laser diode 2 whose spectral line width has been reduced by the drive circuit 1 having a high spectral purification function. As a method of reducing the spectral line width as shown by “SW02” in FIG. 7 in the frequency distribution of “LP02” in FIG. 7, for example, a part of the power light may be a material serving as a frequency standard having a specific old main spectrum. There is a method in which the frequency is discriminated by transmitting the light through an absorption cell in which a laser diode is enclosed, and is detected by a detector such as a photodiode, and the driving current of the laser diode is used to control the frequency without negative feedback.

【0025】但し、駆動回路1によりスペクトル線幅を
小さくするためには駆動回路1に高スペクトル純度化機
能を付加する必要があって構成が複雑になり、回路規模
が大きくなり高価になってしまうと言った問題点があっ
た。また、駆動回路1に高スペクトル純度化機能を付加
して”1/2〜1/3”程度のスペクトル線幅を実現す
ることでも困難であると言った課題があった。従って本
発明が解決しようとする課題は、レーザダイオードのス
ペクトル線幅の影響を抑えることが可能なレーザ測長装
置を実現することにある。
However, in order to reduce the spectral line width by the driving circuit 1, it is necessary to add a high spectral purification function to the driving circuit 1, which complicates the configuration, increases the circuit scale and increases the cost. There was a problem that said. In addition, there is a problem that it is difficult to realize a spectral line width of “1 / to 3” by adding a high spectral purification function to the drive circuit 1. Therefore, an object of the present invention is to realize a laser length measuring device capable of suppressing the influence of the spectral line width of a laser diode.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項1記載の発明は、ヘテロ
ダイン干渉を用いたレーザ測長装置において、レーザ光
を出力すると共に基準信号を出力するヘッドと、前記レ
ーザ光のうち一方の周波数のレーザ光を基準ミラーで、
他方の周波数のレーザ光を被測定物に取り付けられたミ
ラーでそれぞれ反射させて干渉光を出力する干渉計と、
前記干渉光を検出して干渉信号を出力するレシーバと、
前記干渉信号と前記基準信号との位相差を検出して積算
することにより被測定物の位置を測定する信号処理回路
と、この信号処理回路の出力信号の高周波成分を減衰さ
せるローパスフィルタ回路とを備えたことにより、ジッ
タによる揺れを低減することが可能になる。また、駆動
回路に高スペクトル純度化機能を付加する必要がなくな
るので駆動回路の構成が単純になる。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a laser measuring apparatus using heterodyne interference, which outputs a laser beam and outputs a reference signal. And a reference mirror, the laser light of one frequency of the laser light,
An interferometer that reflects the laser light of the other frequency with mirrors attached to the object to be measured and outputs interference light,
A receiver that detects the interference light and outputs an interference signal,
A signal processing circuit that measures the position of the device under test by detecting and integrating a phase difference between the interference signal and the reference signal, and a low-pass filter circuit that attenuates a high-frequency component of an output signal of the signal processing circuit. With this arrangement, it is possible to reduce the fluctuation caused by the jitter. In addition, since it is not necessary to add a high spectral purification function to the driving circuit, the configuration of the driving circuit is simplified.

【0027】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明であるレーザ測長装置において、前記ローパスフィル
タ回路が、前記レーザ光のスペクトル線幅に起因するジ
ッタの周波数成分を減衰させる特性を有することによ
り、ジッタによる揺れを低減することが可能になる。ま
た、駆動回路に高スペクトル純度化機能を付加する必要
がなくなるので駆動回路の構成が単純になる。
According to a second aspect of the present invention, in the laser measuring apparatus according to the first aspect, the low-pass filter circuit has a characteristic of attenuating a frequency component of jitter caused by a spectral line width of the laser light. With this, it is possible to reduce the fluctuation due to the jitter. Further, since it is not necessary to add a high-spectrum purifying function to the driving circuit, the configuration of the driving circuit is simplified.

【0028】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明であるレーザ測長装置において、前記ローパスフィル
タ回路が、測定周波数領域での遅延時間が一定となる特
性を有することにより、被測定物の位置のサンプリング
を行ってからデータを処理して出力信号が出力されるま
での時間を一定に保つことが可能になる。
According to a third aspect of the present invention, in the laser length measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, the low-pass filter circuit has a characteristic that a delay time in a measurement frequency region is constant, so that the measured signal is measured. It is possible to keep the time from sampling the position of the object to processing the data and outputting the output signal constant.

【0029】請求項4記載の発明は、請求項2記載の発
明であるレーザ測長装置において、前記ローパスフィル
タ回路が、バタワースフィルタ回路であることにより、
遮断特性が急峻なローパス特性が得られるので、ジッタ
による揺れをさらに低減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the laser measuring device according to the second aspect, the low-pass filter circuit is a Butterworth filter circuit.
Since a low-pass characteristic having a steep cutoff characteristic is obtained, fluctuation due to jitter can be further reduced.

【0030】請求項5記載の発明は、請求項2記載の発
明であるレーザ測長装置において、前記ローパスフィル
タ回路が、ベッセルフィルタ回路であることにより、遅
延特性が平坦になり波形が歪むのを防止することができ
るので出力信号が出力されるまでの時間を一定にするこ
とができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the laser measuring device according to the second aspect of the present invention, since the low-pass filter circuit is a Bessel filter circuit, the delay characteristic becomes flat and the waveform is distorted. Since it can be prevented, the time until the output signal is output can be made constant.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図1は本発明に係るレーザ測長装置の一実施
例を示す構成ブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a laser length measuring apparatus according to the present invention.

【0032】図1において2〜7及び100〜102は
図4と同一符号を付してあり、1aは駆動回路、18は
ローパスフィルタ回路、105は出力信号である。ま
た、1a,2及び3はヘッド53を構成している。
In FIG. 1, reference numerals 2 to 7 and 100 to 102 denote the same reference numerals as in FIG. 4, 1a denotes a drive circuit, 18 denotes a low-pass filter circuit, and 105 denotes an output signal. 1a, 2 and 3 constitute the head 53.

【0033】駆動回路1aの駆動信号はレーザダイオー
ド2の駆動端子に接続され、レーザダイオード2の出力
光は基準信号生成手段3を介して干渉計4に入射され
る。ヘッド53の出力光のうち一方の周波数のレーザ光
を干渉計4内部の基準ミラーで、他方の周波数のレーザ
光を被測定物に取り付けられたミラー5でそれぞれ反射
させて干渉計4内で干渉させる。
The driving signal of the driving circuit 1 a is connected to the driving terminal of the laser diode 2, and the output light of the laser diode 2 enters the interferometer 4 via the reference signal generating means 3. The laser light of one frequency of the output light of the head 53 is reflected by the reference mirror inside the interferometer 4 and the laser light of the other frequency is reflected by the mirror 5 attached to the object to be measured, and interferes in the interferometer 4. Let it.

【0034】干渉計4で生じた干渉光はレシーバ6に入
射され、レシーバ6の出力である干渉信号101が信号
処理回路7に接続され、基準信号生成手段3の出力であ
る基準信号102も信号処理回路7に接続される。そし
て、信号処理回路7の出力である位置情報信号100は
ローパスフィルタ回路18に接続され、ローパスフィル
タ回路18は出力信号105を出力する。
The interference light generated by the interferometer 4 is incident on the receiver 6, the interference signal 101 output from the receiver 6 is connected to the signal processing circuit 7, and the reference signal 102 output from the reference signal generator 3 is also a signal. It is connected to the processing circuit 7. Then, the position information signal 100 output from the signal processing circuit 7 is connected to the low-pass filter circuit 18, and the low-pass filter circuit 18 outputs an output signal 105.

【0035】ここで、図1に示す実施例の動作を図2及
び図3を用いて説明する。図2は理想波形とレーザダイ
オード2の出力光の波形変動を示す説明図、図3はロー
パスフィルタ回路18の特性を示す特性曲線図である。
The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory diagram showing ideal waveforms and waveform fluctuations of output light from the laser diode 2, and FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing characteristics of the low-pass filter circuit 18.

【0036】レーザダイオード2は駆動回路1aからの
駆動信号により駆動されヘッド53から2つの周波数の
レーザ光を出射する。但し、駆動回路1aには前述のス
ペクトル線幅を小さくする高スペクトル純度化機能は付
加されておらず、例えば、図6に示すようなスペクトル
線幅の広いレーザ光を出射する。そして、レーザダイオ
ード2の2つの周波数のレーザ光は基準信号生成手段3
を介して干渉器4に入射される。
The laser diode 2 is driven by a drive signal from the drive circuit 1a, and emits laser beams of two frequencies from the head 53. However, the drive circuit 1a is not provided with the above-described high spectral purification function for reducing the spectral line width, and emits a laser beam having a wide spectral line width as shown in FIG. 6, for example. The laser light of the two frequencies of the laser diode 2 is
Through the interferometer 4.

【0037】干渉器4ではレーザダイオード2の出力光
のうち一方の周波数のレーザ光を干渉計4内部の基準ミ
ラーで、他方の周波数のレーザ光を被測定物に取り付け
られたミラー5でそれぞれ反射させ干渉計4内で干渉さ
せてその干渉光をレシーバ6に出射する。
In the interferometer 4, the laser light of one frequency of the output light of the laser diode 2 is reflected by a reference mirror inside the interferometer 4 and the laser light of the other frequency is reflected by a mirror 5 attached to the object to be measured. The interference light is made to interfere in the interferometer 4 and the interference light is emitted to the receiver 6.

【0038】レシーバ6は入射された干渉光を電気信号
に変換して干渉信号101として信号処理回路7に出力
する。一方、基準信号生成手段3ではレーザダイオード
2のレーザ光の2つの周波数の差の周波数から基準信号
102を生成して信号処理回路7に出力する。
The receiver 6 converts the input interference light into an electric signal and outputs the electric signal as an interference signal 101 to the signal processing circuit 7. On the other hand, the reference signal generating means 3 generates a reference signal 102 from the difference between the two frequencies of the laser light of the laser diode 2 and outputs the reference signal 102 to the signal processing circuit 7.

【0039】そして、信号処理回路7は基準信号102
と被測定物が動いた場合の干渉光101との位相差を検
出することにより被測定物の位置情報信号100を出力
する。最後に、ローパスフィルタ回路18は位置情報信
号100の内の高周波成分を減衰させて出力信号105
として出力する。
The signal processing circuit 7 outputs the reference signal 102
Then, the position information signal 100 of the device under test is output by detecting the phase difference between the device and the interference light 101 when the device under test moves. Finally, the low-pass filter circuit 18 attenuates the high-frequency component of the position information signal 100 and outputs the output signal 105
Output as

【0040】ここで、図2を用いて説明する。図2
(a)は周波数変動のない理想的なレーザ光の波形例
を、図2(b)は実際のレーザダイオード2のレーザ光
の波形例を示している。但し、実際の波形は正弦波であ
るが説明の簡単のために矩形波で表記している。
Here, a description will be given with reference to FIG. FIG.
2A shows an example of an ideal laser light waveform having no frequency fluctuation, and FIG. 2B shows an example of an actual laser light waveform of the laser diode 2. Although the actual waveform is a sine wave, it is represented by a rectangular wave for the sake of simplicity.

【0041】図2(b)に示すようにレーザダイオード
2のレーザ光の波形は図2中(a)に示す波形と比較し
て、例えば、図6に示すような確率分布で揺れ動いてい
る。このような変動は時間的にはジッタという形で現れ
てくる。このため、実際に被測定物が動いていなくても
図2(b)に示すような波形を基準にして位置を測定す
るとその位置情報はある値を中心に揺れ動いているよう
に見える。但し、長時間でみればレーザ光の周波数は中
心周波数に平均化されるので位置情報自体がドリフトし
て行くことない。
As shown in FIG. 2B, the waveform of the laser beam from the laser diode 2 fluctuates with a probability distribution as shown in FIG. 6, for example, as compared with the waveform shown in FIG. Such fluctuation appears in the form of jitter in time. For this reason, even if the object to be measured does not actually move, if the position is measured with reference to the waveform shown in FIG. 2B, the position information appears to fluctuate around a certain value. However, over a long period of time, the frequency of the laser beam is averaged to the center frequency, so that the position information itself does not drift.

【0042】一方、被測定物の位置を測定するために必
要な測定周波数帯域は”10kHz”であり、上述のジ
ッタの主な周波数帯域は”数100kHz”以上であ
る。このため、ローパスフィルタ回路18により位置情
報信号100の内”数100kHz”以上の周波数成分
を減衰させることにより、ジッタによる位置情報の揺れ
を低減することが可能になる。
On the other hand, the measurement frequency band necessary for measuring the position of the device under test is "10 kHz", and the main frequency band of the above-mentioned jitter is "several hundred kHz" or more. For this reason, by attenuating the frequency component of “several hundreds of kHz” or more in the position information signal 100 by the low-pass filter circuit 18, it is possible to reduce the fluctuation of the position information due to the jitter.

【0043】例えば、図3中”L001”に示すような
ローパス特性の場合において、測定周波数領域の中心周
波数を”fs”、ジッタの主な周波数帯域の中心周波数
を”fn”とした場合、ローパスフィルタ回路18の遮
断周波数”fc”を図3に示すように”fs”と”f
n”の間に設定することにより、ジッタの主な周波数成
分が減衰され、測定周波数成分はそのまま出力されるこ
とになる。
For example, in the case of a low-pass characteristic indicated by “L001” in FIG. 3, when the center frequency of the measurement frequency region is “fs” and the center frequency of the main frequency band of jitter is “fn”, The cut-off frequency “fc” of the filter circuit 18 is changed to “fs” and “f” as shown in FIG.
By setting it between n ″, the main frequency component of the jitter is attenuated, and the measured frequency component is output as it is.

【0044】この結果、ローパスフィルタ回路18で位
置情報信号100の内からスペクトル線幅に起因するジ
ッタの周波数成分を減衰させることにより、ジッタによ
る揺れを低減することが可能になる。また、駆動回路1
aに高スペクトル純度化機能を付加する必要がなくなる
ので駆動回路の構成が単純になる。
As a result, the low-pass filter circuit 18 attenuates the frequency component of the jitter caused by the spectral line width from the position information signal 100, thereby making it possible to reduce the jitter caused by the jitter. Also, the driving circuit 1
Since it is not necessary to add a high spectral purification function to a, the configuration of the driving circuit is simplified.

【0045】なお、ローパスフィルタ回路18として測
定周波数領域での遅延時間が一定となる特性のものを用
いることにより、被測定物の位置のサンプリングを行っ
てから信号処理回路7やローパスフィルタ回路18等で
データを処理して出力信号105が出力されるまでの時
間を一定に保つことが可能になる。
By using the low-pass filter circuit 18 having a characteristic in which the delay time in the measurement frequency region is constant, the signal processing circuit 7 and the low-pass filter circuit 18 are sampled after sampling the position of the device under test. And the time until the output signal 105 is output can be kept constant.

【0046】また、ローパスフィルタ回路18としてバ
タワースフィルタ回路を用いれば、遮断特性が急峻なロ
ーパス特性が得られるので、ジッタによる揺れをさらに
低減することができる。
When a Butterworth filter circuit is used as the low-pass filter circuit 18, a low-pass characteristic having a steep cutoff characteristic can be obtained, so that fluctuation due to jitter can be further reduced.

【0047】また、ローパスフィルタ回路18としてベ
ッセルフィルタ回路を用いれば、遅延特性が平坦になり
波形が歪むのを防止することができるので出力信号10
5が出力されるまでの時間を一定にすることができる。
If a Bessel filter circuit is used as the low-pass filter circuit 18, the delay characteristic can be flattened and the waveform can be prevented from being distorted.
The time until 5 is output can be made constant.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項1及び請
求項2の発明によれば、ローパスフィルタ回路で位置情
報信号の内からスペクトル線幅に起因するジッタの周波
数成分を減衰させることにより、ジッタによる揺れを低
減することが可能になる。また、駆動回路に高スペクト
ル純度化機能を付加する必要がなくなるので駆動回路の
構成が単純になる。
As is apparent from the above description,
According to the present invention, the following effects can be obtained. According to the first and second aspects of the present invention, the low-pass filter circuit attenuates the frequency component of the jitter caused by the spectral line width from the position information signal, thereby making it possible to reduce the jitter caused by the jitter. . Further, since it is not necessary to add a high-spectrum purifying function to the driving circuit, the configuration of the driving circuit is simplified.

【0049】また、請求項3の発明によれば、ローパス
フィルタ回路を測定周波数領域での遅延時間が一定とな
る特性にすることにより、被測定物の位置のサンプリン
グを行ってからデータを処理して出力信号が出力される
までの時間を一定に保つことが可能になる。
According to the third aspect of the present invention, data is processed after sampling the position of the device under test by making the low-pass filter circuit have such characteristics that the delay time in the measurement frequency region is constant. Thus, the time until the output signal is output can be kept constant.

【0050】また、請求項4の発明によれば、ローパス
フィルタ回路をバタワースフィルタ回路で実現すること
により、遮断特性が急峻なローパス特性が得られるの
で、ジッタによる揺れをさらに低減することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the low-pass filter circuit is realized by the Butterworth filter circuit, a low-pass characteristic having a steep cutoff characteristic can be obtained, so that fluctuation due to jitter can be further reduced.

【0051】また、請求項5の発明によれば、ローパス
フィルタ回路をベッセルフィルタ回路で実現することに
より、遅延特性が平坦になり波形が歪むのを防止するこ
とができるので出力信号が出力されるまでの時間を一定
にすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the low-pass filter circuit is realized by the Bessel filter circuit, the delay characteristic can be flattened and the waveform can be prevented from being distorted, so that an output signal is output. The time until is constant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るレーザ測長装置の一実施例を示す
構成ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a laser length measuring apparatus according to the present invention.

【図2】理想波形とレーザダイオードの出力光の波形変
動を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an ideal waveform and a waveform variation of output light of a laser diode.

【図3】ローパスフィルタ回路の特性を示す特性曲線図
である。
FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing characteristics of a low-pass filter circuit.

【図4】従来のレーザ測長装置の一例を示す構成ブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a configuration block diagram showing an example of a conventional laser length measuring device.

【図5】レシーバ及び信号処理回路の詳細を説明する構
成ブロック図である。
FIG. 5 is a configuration block diagram illustrating details of a receiver and a signal processing circuit.

【図6】レーザダイオードの出力光の周波数分布の一例
を示す特性曲線図である。
FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing an example of a frequency distribution of output light of a laser diode.

【図7】スペクトル線幅を小さくしたレーザダイオード
の出力光の周波数分布の一例を示す特性曲線図である。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing an example of a frequency distribution of output light of a laser diode having a reduced spectral line width.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a 駆動回路 2 レーザダイオード 3 基準信号生成手段 4 干渉計 5 ミラー 6 レシーバ 7 信号処理回路 8 光検出器 9,12 増幅器 10,13 フィルタ回路 11,14 比較器 15 PLL回路 16 周期測定回路 17 積算回路 18 ローパスフィルタ回路 50,53 ヘッド 51 レシーバ 52 信号処理回路 100 位置情報信号 101 干渉信号 102 基準信号 103 干渉光 104 クロック信号 105 出力信号 1, 1a drive circuit 2 laser diode 3 reference signal generation means 4 interferometer 5 mirror 6 receiver 7 signal processing circuit 8 photodetector 9, 12 amplifier 10, 13 filter circuit 11, 14 comparator 15 PLL circuit 16 period measurement circuit 17 Integrating circuit 18 low-pass filter circuit 50, 53 head 51 receiver 52 signal processing circuit 100 position information signal 101 interference signal 102 reference signal 103 interference light 104 clock signal 105 output signal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 彰 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 Fターム(参考) 2F064 AA01 CC01 EE01 FF01 GG12 2F065 AA02 DD00 DD04 FF13 FF52 FF55 GG06 LL12 QQ00  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Akira Oya 2-9-132 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo F-term in Yokogawa Electric Corporation (reference) 2F064 AA01 CC01 EE01 FF01 GG12 2F065 AA02 DD00 DD04 FF13 FF52 FF55 GG06 LL12 QQ00

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ヘテロダイン干渉を用いたレーザ測長装置
において、 レーザ光を出力すると共に基準信号を出力するヘッド
と、 前記レーザ光のうち一方の周波数のレーザ光を基準ミラ
ーで、他方の周波数のレーザ光を被測定物に取り付けら
れたミラーでそれぞれ反射させて干渉光を出力する干渉
計と、 前記干渉光を検出して干渉信号を出力するレシーバと、 前記干渉信号と前記基準信号との位相差を検出して積算
することにより前記被測定物の位置を測定する信号処理
回路と、 この信号処理回路の出力信号の高周波成分を減衰させる
ローパスフィルタ回路とを備えたことを特徴とするレー
ザ測長装置。
1. A laser length measuring apparatus using heterodyne interference, comprising: a head for outputting a laser beam and outputting a reference signal; a laser beam having one frequency of the laser beam, a reference mirror, and a laser beam having the other frequency. An interferometer that outputs the interference light by reflecting the laser light with mirrors attached to the device under test, a receiver that detects the interference light and outputs an interference signal, and a position of the interference signal and the reference signal. A laser processing device comprising: a signal processing circuit that measures the position of the device under test by detecting and integrating a phase difference; and a low-pass filter circuit that attenuates a high-frequency component of an output signal of the signal processing circuit. Long equipment.
【請求項2】前記ローパスフィルタ回路が、 前記レーザ光のスペクトル線幅に起因するジッタの周波
数成分を減衰させる特性を有することを特徴とする請求
項1記載のレーザ測長装置。
2. The laser length measuring apparatus according to claim 1, wherein the low-pass filter circuit has a characteristic of attenuating a frequency component of jitter caused by a spectral line width of the laser light.
【請求項3】前記ローパスフィルタ回路が、 測定周波数領域での遅延時間が一定となる特性を有する
ことを特徴とする請求項2記載のレーザ測長装置。
3. A laser length measuring apparatus according to claim 2, wherein said low-pass filter circuit has a characteristic that a delay time in a measurement frequency region is constant.
【請求項4】前記ローパスフィルタ回路が、 バタワースフィルタ回路であることを特徴とする請求項
2記載のレーザ測長装置。
4. The laser length measuring apparatus according to claim 2, wherein said low-pass filter circuit is a Butterworth filter circuit.
【請求項5】前記ローパスフィルタ回路が、 ベッセルフィルタ回路であることを特徴とする請求項2
記載のレーザ測長装置。
5. The circuit according to claim 2, wherein said low-pass filter circuit is a Bessel filter circuit.
The laser measuring device as described in the above.
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