JP2001147105A - Position detecting device - Google Patents

Position detecting device

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JP2001147105A
JP2001147105A JP33148099A JP33148099A JP2001147105A JP 2001147105 A JP2001147105 A JP 2001147105A JP 33148099 A JP33148099 A JP 33148099A JP 33148099 A JP33148099 A JP 33148099A JP 2001147105 A JP2001147105 A JP 2001147105A
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detection target
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frequency
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豊 小泉
Fumio Kaiho
文雄 海保
Yasuhito Kosugi
泰仁 小杉
Ryuichi Jinbo
隆一 神保
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a position detecting device capable of preventing a malfunction caused by a rapid change of a laser beam or amplitude fluctuation of a phase detection signal or the like, and having high resolution of position detection. SOLUTION: In this position detecting device for detecting the position of a detection target optically by using an interferometer, the phase of an interference fringe is detected by a phase detector, and a modulation signal for modulating an angular frequency ωs according to a moving quantity of the detection target is obtained. An operation processing is given to the modulation signal to obtain a signal (ωc≫ωs) having an angular frequency (ωc+ωs). The signal is pulsed and divided by a comparator. The frequency of the divided signal is measured to obtain the position of the detection target based on the measured frequency.

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、干渉計を用いて光
学的に検出対象の位置を検出する位置検出装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device for optically detecting the position of a detection target using an interferometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】干渉計を用いた位置検出装置は、高精度
にしかも非接触で位置検出ができるというメリットがあ
る。
2. Description of the Related Art A position detecting apparatus using an interferometer has an advantage that it can detect a position with high accuracy and without contact.

【0003】図2は干渉計を用いた位置検出装置の従来
例の構成図である。図2で、ターゲットミラー1は位置
固定され、光学回路部2は検出対象(図示せず)ととも
にC−C´方向に移動する。レーザ光源21は、紙面に
垂直な偏光成分をもつレーザ光を出射する。レンズ22
はレーザ光源21の出射光を平行光にする。ハーフミラ
ー23はレンズ22を通過した光を透過光と反射光に分
岐する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional example of a position detecting device using an interferometer. In FIG. 2, the position of the target mirror 1 is fixed, and the optical circuit unit 2 moves in the CC ′ direction together with the detection target (not shown). The laser light source 21 emits laser light having a polarization component perpendicular to the plane of the drawing. Lens 22
Turns the light emitted from the laser light source 21 into parallel light. The half mirror 23 splits the light passing through the lens 22 into transmitted light and reflected light.

【0004】位置固定されたミラー24,25はハーフ
ミラー23の透過光を受け、受けた光を反射してハーフ
ミラー23へ戻す。ミラー24はレーザ光源21の光軸
と45°の角度をなして配置されている。これに対し
て、ミラー25はレーザ光源21の光軸と45°+θa
の角度をなして配置されている。偏光ビームスプリッタ
(PBSとする)26は、ハーフミラー23で反射され
た光を反射する。反射された光はλ/4板261を通
り、ターゲットミラー1に進む。λ/4板261を光が
2回通過することで、垂直偏光→水平偏光へ、水平偏光
→垂直偏光に変換する。λ/4板261を設けたことに
より、PBS261で透過光と反射光を選択できる。コ
ーナーキューブ27は、ターゲットミラー1で反射され
た後、λ/4板261、PBS26を透過した光を反射
してPBS26へ戻す。位相検出器28は、ハーフミラ
ー23に戻ってきた光により生成された干渉縞を検出す
る。ターゲットミラー1とコーナーキューブ27との距
離をLとする。
The mirrors 24 and 25 whose positions are fixed receive the light transmitted through the half mirror 23, reflect the received light, and return the reflected light to the half mirror 23. The mirror 24 is arranged at an angle of 45 ° with the optical axis of the laser light source 21. On the other hand, the mirror 25 is at 45 ° + θa
Are arranged at an angle. The polarization beam splitter (PBS) 26 reflects the light reflected by the half mirror 23. The reflected light passes through the λ / 4 plate 261 and proceeds to the target mirror 1. By passing the light twice through the λ / 4 plate 261, the light is converted from vertically polarized light to horizontal polarized light and from horizontal polarized light to vertical polarized light. By providing the λ / 4 plate 261, transmitted light and reflected light can be selected by the PBS 261. After being reflected by the target mirror 1, the corner cube 27 reflects the light transmitted through the λ / 4 plate 261 and the PBS 26 and returns the light to the PBS 26. The phase detector 28 detects an interference fringe generated by the light returning to the half mirror 23. Let L be the distance between the target mirror 1 and the corner cube 27.

【0005】図2の位置検出装置で、レーザ光源21か
ら出射された光は、次の経路をとる光がある。 レンズ22→ハーフミラー23→ミラー24→ミラー2
5→ハーフミラー23→位相検出器28 この経路をとる光をの光とする。 レンズ22→ハーフミラー23→PBS26→λ/4板
261→ターゲットミラー1→λ/4板261→PBS
26→コーナーキューブ27→PBS26→λ/4板2
61→ターゲットミラー1→λ/4板261→PBS2
6→ハーフミラー23→位相検出器28 この経路をとる光をの光とする。
The light emitted from the laser light source 21 in the position detecting device shown in FIG. 2 includes light taking the following path. Lens 22 → half mirror 23 → mirror 24 → mirror 2
5 → half mirror 23 → phase detector 28 Light taking this route is defined as light. Lens 22 → half mirror 23 → PBS 26 → λ / 4 plate 261 → target mirror 1 → λ / 4 plate 261 → PBS
26 → Corner cube 27 → PBS26 → λ / 4 plate 2
61 → Target mirror 1 → λ / 4 plate 261 → PBS2
6 → half mirror 23 → phase detector 28 Light taking this path is defined as light.

【0006】ミラー25の配置角度はミラー24の配置
角度に対してθaだけずらしているため、の経路をと
って戻ってきた光aの波面と、の経路をとって戻って
きた光bの波面がθaだけずれている。波面のずれによ
り光aとbが干渉して干渉縞Sを作る。干渉縞のパター
ンを図3に示す。干渉縞のピッチPは次式で与えられ
る。 P=λ/θa (λはレーザ光の波長)
Since the arrangement angle of the mirror 25 is shifted by θa with respect to the arrangement angle of the mirror 24, the wavefront of the light a returning along the path and the wavefront of the light b returning along the path Are shifted by θa. Lights a and b interfere with each other due to the shift of the wavefront to form an interference fringe S. FIG. 3 shows the pattern of interference fringes. The pitch P of the interference fringes is given by the following equation. P = λ / θa (λ is the wavelength of the laser beam)

【0007】位相検出器28は、干渉縞の配列方向に沿
ってP/4ピッチだけ位相をずらして配置した2つの受
光素子により干渉縞を検出する。受光素子は、例えばフ
ォトダイオードである。図3に2つの受光素子281と
282の配置を示す。2つの受光素子281と282は
受光量に応じた検出信号を出力する。受光素子281と
282の検出信号はK1sinθとK1cosθ(K1
は定数、θは位相)になる。位相θは光学回路部2の移
動量ΔLに応じて変調される。θは次式で与えられる。 θ=2π・4ΔL/λ (1) (1)式で「4」があるのはターゲットミラー1とコー
ナーキューブ27の間を光が2往復していて、光学回路
部2がΔLだけ移動すると、光路長は4ΔLだけ変わる
ためである。(1)式より、移動量ΔLは次式で与えら
れる。 ΔL=θλ/8π (2)
[0007] The phase detector 28 detects interference fringes by two light receiving elements arranged with a phase shifted by P / 4 pitch along the arrangement direction of the interference fringes. The light receiving element is, for example, a photodiode. FIG. 3 shows the arrangement of the two light receiving elements 281 and 282. The two light receiving elements 281 and 282 output detection signals according to the amount of received light. The detection signals of the light receiving elements 281 and 282 are K1 sin θ and K1 cos θ (K1
Is a constant, and θ is a phase). The phase θ is modulated according to the movement amount ΔL of the optical circuit unit 2. θ is given by the following equation. θ = 2π · 4ΔL / λ (1) In equation (1), “4” means that light travels back and forth between the target mirror 1 and the corner cube 27 twice, and the optical circuit unit 2 moves by ΔL. This is because the optical path length changes by 4ΔL. From the equation (1), the moving amount ΔL is given by the following equation. ΔL = θλ / 8π (2)

【0008】コンパレータ29は、受光素子281と2
82の検出信号K1sinθとK1cosθをパルス信
号に変換する。変換されたパルス信号をパルスA及びパ
ルスBとする。位相カウンタ30は、パルスAとパルス
Bの位相を計測し、計測した位相から(2)式をもとに
移動距離ΔLを算出する。移動距離ΔLから検出対象の
位置が求められる。位相カウンタ30は、パルスAとパ
ルスBの位相の先後関係から検出対象の移動方向を判別
する。
The comparator 29 includes light receiving elements 281 and 2
The detection signals K1sinθ and K1cosθ at 82 are converted into pulse signals. The converted pulse signals are referred to as pulse A and pulse B. The phase counter 30 measures the phases of the pulse A and the pulse B, and calculates the moving distance ΔL from the measured phase based on the equation (2). The position of the detection target is obtained from the moving distance ΔL. The phase counter 30 determines the moving direction of the detection target from the relationship between the phases of the pulse A and the pulse B.

【0009】図4は図2の装置における各信号の波形図
である。図4では横軸に移動量ΔLをとっている。位相
カウンタ30は、パルスAとパルスBの1/4周期を分
解能にしてパルスAまたはパルスBの位相を計測する。
FIG. 4 is a waveform diagram of each signal in the apparatus of FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the movement amount ΔL. The phase counter 30 measures the phase of the pulse A or the pulse B with a resolution of 1/4 cycle of the pulse A and the pulse B.

【0010】図2の従来例では次の問題点があった。 (問題点1)位相カウンタ30は、入力であるパルスA
とパルスBの位相差をもとに検出対象の移動方向を判別
しているため、2つのパルスの位相差を十分に確保する
必要がある。しかし、以下の要因で位相差が少なくな
り、誤動作することがあるという問題点があった。
The conventional example shown in FIG. 2 has the following problems. (Problem 1) The phase counter 30 detects the input pulse A
Since the moving direction of the detection target is determined based on the phase difference between the pulse B and the pulse B, it is necessary to ensure a sufficient phase difference between the two pulses. However, there has been a problem that the phase difference is reduced due to the following factors, which may cause a malfunction.

【0011】レーザ光源におけるレーザ発振の波長が
急峻に変動すると、位相検出器の出力も急峻に変わり、
位相差が少なくなることがある。
When the wavelength of the laser oscillation in the laser light source changes sharply, the output of the phase detector also changes sharply,
The phase difference may be reduced.

【0012】レーザ波面の乱れにより受光素子の検出
信号の位相や振幅に誤差が生じ、位相差が少なくなるこ
とがある。
An error may occur in the phase and amplitude of the detection signal of the light receiving element due to the disturbance of the laser wavefront, and the phase difference may be reduced.

【0013】光学回路部2と検出対象を載せたスライ
ダが高速移動する場合は、レーザの波長が短いため、位
相検出器28の出力の周波数は数MHz程度になり、コ
ンパレータ29として高速型コンパレータを使用する必
要がある。逆に、スライダが停止または低速移動してい
る場合は、位相検出器28の出力の周波数は0または数
10Hz程度まで低下する。このとき、高速コンパレー
タを発振させないためにコンパレータにヒステリシスを
設ける必要がある。ヒステリシスを設けると、コンパレ
ータ入力の振幅が変動したときにパルスAとパルスBの
位相差に大きな誤差を生じることがある。
When the optical circuit section 2 and the slider on which the object to be detected are moved at a high speed, the output frequency of the phase detector 28 is about several MHz because the wavelength of the laser is short. Must be used. Conversely, when the slider stops or moves at a low speed, the frequency of the output of the phase detector 28 decreases to about 0 or several tens Hz. At this time, it is necessary to provide the comparator with hysteresis so as not to oscillate the high-speed comparator. If hysteresis is provided, a large error may occur in the phase difference between the pulse A and the pulse B when the amplitude of the comparator input fluctuates.

【0014】(問題点2)位相検出器28の出力の位相
を計測することによって位置を求めている図2の従来例
では、位相検出器28の出力が2πだけ変化したときに
位相カウンタ30のカウントは4だけ変化する。このた
め、検出分解能は、(位相検出器28の出力の周期)/
4に固定されてしまう。
(Problem 2) In the conventional example of FIG. 2 in which the position is obtained by measuring the phase of the output of the phase detector 28, when the output of the phase detector 28 changes by 2.pi. The count changes by four. Therefore, the detection resolution is (the cycle of the output of the phase detector 28) /
It is fixed to 4.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
点を解決するためになされたものであり、レーザ光の急
峻な変化や位相検出信号の振幅変動等による誤動作を防
止でき、しかも位置検出の分解能が高い位置検出装置を
実現することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can prevent malfunction due to a sharp change in laser light, amplitude fluctuation of a phase detection signal, and the like. It is an object of the present invention to realize a position detecting device having a high resolution.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は次のとおりの構
成になった位置検出装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a position detecting device having the following configuration.

【0017】(1)検出対象の移動に伴って移動する一
定ピッチの干渉縞を光の干渉を利用して生成する光学回
路部と、干渉縞の配列方向に沿ってずらして配置した複
数の受光素子により干渉縞を検出し、検出対象の移動量
に応じて変調される2種の変調信号を生成する位相検出
器とを備えた位置検出装置において、前記2種の変調信
号に原振クロックをもとに生成した基準信号をそれぞれ
乗算する乗算器と、前記2つの乗算信号を加算する加算
器と、を設けたことを特徴とする位相検出装置。
(1) An optical circuit unit that generates interference fringes of a constant pitch that moves with the movement of a detection target by using light interference, and a plurality of light receiving units that are arranged to be displaced along the arrangement direction of the interference fringes. A phase detector that detects interference fringes by an element and generates two types of modulation signals that are modulated in accordance with the amount of movement of the detection target, wherein an original clock is added to the two types of modulation signals. A phase detection device, comprising: a multiplier for multiplying each of the reference signals generated based thereon; and an adder for adding the two multiplied signals.

【0018】(2)干渉計を用いて光学的に検出対象の
位置を検出する位置検出装置において、検出対象の移動
に伴って移動するピッチPの干渉縞を光の干渉を利用し
て生成する光学回路部と、干渉縞の配列方向に沿ってP
/4ピッチだけ位相をずらして配置した複数の受光素子
により干渉縞を検出し、これらの受光手段の検出信号か
ら角周波数ωsが検出対象の移動量に応じて変調される
変調信号K1sinωstとK1cosωst(K1は
定数,tは時間)を生成する位相検出器と、前記変調信
号K1sinωstとK1cosωstに原振クロック
をもとに生成した基準信号K2cosωctとK2si
nωct(ωc≫ωs)をそれぞれ乗算する乗算器と、
前記2つの乗算信号を加算して信号K1・K2sin
(ωc+ωs)tを得る加算器と、前記加算信号をパル
ス信号に変換するコンパレータと、変換したパルス信号
を分周比n(nは整数)で分周する分周器と、この分周
器から得た分周信号の周期n/(fs+fc)(ωc=
2πfc,ωs=2πfs)を前記原振クロックと同期
していて分周信号に比べて周期が十分短いクロックで計
測する周期カウンタと、この周期カウンタの計測周期と
基準信号の周期n/fcの差をとる減算器と、この減算
器の減算値を周期n/(fs+fc)毎に積算する積算
器と、この積算器の積算値から検出対象の位置を算出す
る位置算出手段と、を有することを特徴とする位置検出
装置。
(2) In a position detection device that optically detects the position of a detection target using an interferometer, interference fringes having a pitch P that moves with the movement of the detection target are generated by using light interference. P along the optical circuit portion and the arrangement direction of the interference fringes
Interference fringes are detected by a plurality of light receiving elements arranged with phases shifted by / 4 pitch, and modulation signals K1 sin ωst and K1 cos ωst (in which the angular frequency ωs is modulated according to the moving amount of the detection target from the detection signals of these light receiving means). K1 is a constant, t is time), a reference signal K2cosωct and K2si generated based on the original clock for the modulated signals K1sinωst and K1cosωst.
multipliers that respectively multiply nωct (ωc≫ωs);
A signal K1 · K2 sin is obtained by adding the two multiplied signals.
An adder for obtaining (ωc + ωs) t, a comparator for converting the added signal into a pulse signal, a frequency divider for dividing the converted pulse signal by a frequency division ratio n (n is an integer), and The cycle of the obtained divided signal n / (fs + fc) (ωc =
2πfc, ωs = 2πfs) synchronized with the original clock and measuring with a clock whose cycle is sufficiently shorter than the frequency-divided signal, and the difference between the measurement cycle of the cycle counter and the cycle n / fc of the reference signal. , An integrator that integrates the subtracted value of the subtractor for each cycle n / (fs + fc), and a position calculating unit that calculates the position of the detection target from the integrated value of the integrator. Characteristic position detection device.

【0019】(3)周波数がfc以上の原振クロックを
発生する原振クロック発生器と、前記原振クロックをも
とに信号K2cosωctまたはK2sinωctを生
成して発生する発振器と、この発振器の発生信号の位相
をずらし、信号K2cosωctとK2sinωctを
生成する位相シフタと、を有し、前記位相シフタで生成
した信号K2cosωctとK2sinωctを前記乗
算器へ与え、前記原振クロックを前記周期カウンタに周
期計測用クロックとして与えることを特徴とする(2)
記載の位置検出装置。
(3) A source clock generator for generating a source clock having a frequency equal to or higher than fc, an oscillator for generating and generating a signal K2cosωct or K2sinωct based on the source clock, and a signal generated by the oscillator And a phase shifter for generating signals K2cosωct and K2sinωct. The signals K2cosωct and K2sinωct generated by the phase shifter are supplied to the multiplier, and the original clock is sent to the cycle counter as a cycle measuring clock. (2)
The position detecting device as described in the above.

【0020】(4)前記乗算器は、変調信号K1sin
ωstとK1cosωstに基準信号K2sinωct
とK2cosωctをそれぞれ乗算し、前記加算器は、
2つの乗算信号を加算して信号K1・K2cos(ωc
−ωs)tを得ることを特徴とする(2)記載の位置検
出装置。
(4) The multiplier outputs the modulated signal K1 sin
The reference signal K2sinωct is added to ωst and K1cosωst.
And K2cosωct, respectively, and the adder
The signals K1 and K2cos (ωc
-Ωs) The position detection device according to (2), wherein t is obtained.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。図1で図2と同一のものは同一符号を付ける。説明
を簡単にするため、検出対象とともに光学回路部2は一
定速度Vで移動しているものとする。位相検出器28
は、検出信号K1sinθ及びK1cosθを出力す
る。光学回路部2が一定速度で移動していることから、
K1sinθ=K1sinωst,K1cosθ=K1
cosωst(ωsは角周波数,tは時間)とする。
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 diagram showing one embodiment of the present invention. 1 that are the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals. For simplicity of explanation, it is assumed that the optical circuit unit 2 is moving at a constant speed V together with the detection target. Phase detector 28
Outputs the detection signals K1 sin θ and K1 cos θ. Since the optical circuit unit 2 is moving at a constant speed,
K1 sin θ = K1 sin ωst, K1 cos θ = K1
cosωst (ωs is angular frequency, t is time).

【0022】光学回路部2は一定速度Vで移動している
ため、ΔL=Vtとなる。(1)式から θ=2π・4ΔL/λ =2π・4Vt/λ =8πVt/λ となる。θ=ωstから、 ωs=8πV/λ となる。ωs=2πfs(fsは周波数)とすると、 fs=4V/λ (3 ) となる。
Since the optical circuit 2 is moving at a constant speed V, ΔL = Vt. From equation (1), θ = 2π · 4ΔL / λ = 2π · 4Vt / λ = 8πVt / λ. From θ = ωst, ωs = 8πV / λ. Assuming that ωs = 2πfs (fs is a frequency), fs = 4V / λ (3)

【0023】原振クロック発生器40は、周波数がfc
よりも十分大きい原振クロックを発生する。発振器41
は、原振クロックをもとに信号K2cosωct(K2
は定数、ωc≫ωs)を生成して発生する。位相シフタ
42は、信号K2cosωctの位相をずらし、信号K
2sinωctを生成する。乗算器43は、変調信号K
1sinωstとK1cosωstに基準信号K2co
sωctとK2sinωctをそれぞれ乗算する。加算
器44は、2つの乗算信号を加算して信号K1・K2s
in(ωc+ωs)tを得る。
The original clock generator 40 has a frequency fc.
Generate an original clock that is sufficiently larger than the original clock. Oscillator 41
Is a signal K2cosωct (K2
Is generated by generating a constant, ωc≫ωs). The phase shifter 42 shifts the phase of the signal K2cosωct,
2sinωct is generated. The multiplier 43 outputs the modulated signal K
The reference signal K2co is applied to 1 sinωst and K1cosωst.
sωct is multiplied by K2sinωct. The adder 44 adds the two multiplication signals to generate a signal K1 · K2s.
in (ωc + ωs) t is obtained.

【0024】コンパレータ45は、加算信号をパルス信
号に変換する。分周器46は、変換したパルス信号を分
周比n(nは整数)で分周する。分周器46により周波
数が(fc+fs)/nの信号(ωc=2πfc)が得
られる。周期カウンタ47は、分周器46から得た分周
信号の周期n/(fs+fc)を原振クロックで計測す
る。原振クロックの周波数は周波数(fc+fs)/n
に比べて十分大きいため、高分解能で周期を計測でき
る。なお、原振クロック以外で周期を計測してもよい。
計測クロックの周期は分周信号の周期n/(fs+f
c)に比べて十分短ければよい。減算器48は、基準信
号の周期n/fcと周期カウンタの計測周期n/(fs
+fc)との差をとる。これによって、周期差分nfs
/fc(fs+fc)が得られる。
The comparator 45 converts the addition signal into a pulse signal. The frequency divider 46 divides the converted pulse signal by a frequency division ratio n (n is an integer). A signal (ωc = 2πfc) having a frequency of (fc + fs) / n is obtained by the frequency divider 46. The period counter 47 measures the period n / (fs + fc) of the frequency-divided signal obtained from the frequency divider 46 using the original clock. The frequency of the original clock is frequency (fc + fs) / n
Because it is sufficiently large compared to, the period can be measured with high resolution. Note that the cycle may be measured using a clock other than the original clock.
The cycle of the measurement clock is the cycle of the frequency-divided signal n / (fs + f)
It suffices if it is sufficiently shorter than c). The subtractor 48 calculates the period n / fc of the reference signal and the measurement period n / (fs) of the period counter.
+ Fc). Thereby, the period difference nfs
/ Fc (fs + fc) is obtained.

【0025】積算器49は、減算器の減算値nfs/f
c(fs+fc)を周期n/(fs+fc)毎に積算す
る。これによって、積算値fst/fcが得られる。ス
ケール変換器50は、積算値fst/fcにλfc/4
を乗算して移動距離ΔLを算出する。この演算は次のと
おりである。(3)式より、 fst/fc×λfc/4 =4V/λ×t/fc×λfc/4 =Vt =ΔL となる。これによって、移動量ΔLが求められる。演算
手段51は、移動量ΔLから検出対象の位置を算出す
る。請求範囲でいう位置算出手段は、スケール変換器5
0と演算手段51に相当する。
The integrator 49 calculates a subtraction value nfs / f of the subtractor.
c (fs + fc) is integrated every cycle n / (fs + fc). As a result, an integrated value fst / fc is obtained. The scale converter 50 adds λfc / 4 to the integrated value fst / fc.
Is multiplied to calculate the moving distance ΔL. This operation is as follows. From equation (3), fst / fc × λfc / 4 = 4V / λ × t / fc × λfc / 4 = Vt = ΔL Thus, the movement amount ΔL is obtained. The calculating means 51 calculates the position of the detection target from the movement amount ΔL. The position calculating means referred to in the claims is a scale converter 5
0 corresponds to the calculating means 51.

【0026】検出対象の移動方向は、2つの変調信号K
1sinωstとK1cosωstの位相の先後関係に
よりωsの極性が異なり、周波数fs+fcがfcより
も大きいか小さいかで判別する。
The moving direction of the detection target is expressed by two modulated signals K
The polarity of ωs differs depending on the relationship between the phase of 1 sinωst and the phase of K1cosωst, and it is determined whether the frequency fs + fc is higher or lower than fc.

【0027】なお、乗算器43は、変調信号K1sin
ωstとK1cosωstに基準信号K2sinωct
とK2cosωctをそれぞれ乗算し、加算器44は、
2つの乗算信号を加算して信号K1・K2cos(ωc
−ωs)tを得る構成にしてもよい。
The multiplier 43 outputs the modulated signal K1 sin
The reference signal K2sinωct is added to ωst and K1cosωst.
And K2cosωct, respectively, and the adder 44
The signals K1 and K2cos (ωc
−ωs) t may be obtained.

【0028】また、実施例では光学回路部2が移動する
場合について説明したが、ターゲットミラーが移動し、
光学回路部2が位置固定でもよい。
In the embodiment, the case where the optical circuit unit 2 moves has been described. However, the target mirror moves,
The position of the optical circuit unit 2 may be fixed.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば次の効果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0030】請求項1記載の発明では、検出対象の移動
量に応じて変調される2種の変調信号に原振クロックを
もとに生成した基準信号をそれぞれ乗算し、2つの乗算
信号を加算することによって、変調信号に比べて高周波
の加算信号を生成している。このため、検出対象の停止
時や低速移動時にも、加算信号をパルス化するコンパレ
ータには高周波の信号が入力される。これによって、コ
ンパレータにヒステリシスをもたせる必要がない。ヒス
テリシスがないことよって、コンパレータ入力の振幅が
変動しても誤動作を生じない。
According to the first aspect of the present invention, two types of modulated signals modulated according to the amount of movement of the detection target are respectively multiplied by a reference signal generated based on an original clock, and the two multiplied signals are added. By doing so, an addition signal having a higher frequency than the modulation signal is generated. For this reason, even when the detection target stops or moves at a low speed, a high-frequency signal is input to the comparator that pulses the addition signal. This eliminates the need for the comparator to have hysteresis. Since there is no hysteresis, no malfunction occurs even if the amplitude of the comparator input fluctuates.

【0031】請求項2及び請求項4の発明によれば次の
効果が得られる。 位相検出器から得られた検出信号に演算処理を施し、
高周波の信号にしてからコンパレータに入力しているた
め、検出対象の停止時や低速移動時にも、コンパレータ
には高周波の信号が入力される。このため、コンパレー
タにヒステリシスをもたせる必要がない。ヒステリシス
がないことよって、コンパレータ入力の振幅が変動して
も誤動作を生じない。また、位相検出器の検出信号を分
周した後に周期計測しているため、コンパレータ出力の
デューティ歪の影響を受けない。これによって、位相検
出器の出力の急峻な変動にも誤動作しにくくなる。 検出対象の移動量に応じて周期が変調される変調信号
を生成し、この変調信号の周期に比べて十分周期が短い
計測クロックで変調信号の周期を計測することによって
位置を検出している。これによって、高分解能で位置検
出ができる。
According to the second and fourth aspects of the present invention, the following effects can be obtained. Apply arithmetic processing to the detection signal obtained from the phase detector,
Since a high-frequency signal is input to the comparator after being input, a high-frequency signal is input to the comparator even when the detection target stops or moves at a low speed. Therefore, it is not necessary to provide the comparator with hysteresis. Since there is no hysteresis, no malfunction occurs even if the amplitude of the comparator input fluctuates. In addition, since the cycle is measured after dividing the detection signal of the phase detector, it is not affected by the duty distortion of the comparator output. This makes it difficult to malfunction even when the output of the phase detector changes sharply. A position is detected by generating a modulation signal whose period is modulated in accordance with the amount of movement of the detection target, and measuring the period of the modulation signal with a measurement clock whose period is sufficiently shorter than the period of the modulation signal. Thus, position detection can be performed with high resolution.

【0032】請求項3の発明によれば、原振クロックを
共通にして位相検出器の出力に乗算する信号と周期カウ
ンタの計測クロックを生成している。このため、位相検
出器の出力と周期計測のタイミングを高精度で同期させ
ることができる。
According to the third aspect of the present invention, a signal for multiplying the output of the phase detector and a measurement clock for the period counter are generated by sharing the original clock. Therefore, the output of the phase detector and the timing of the cycle measurement can be synchronized with high accuracy.

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

【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】干渉計を用いた位置検出装置の従来例の構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional example of a position detection device using an interferometer.

【図3】干渉縞のパターンを示した図であるFIG. 3 is a diagram showing a pattern of interference fringes;

【図4】図2の装置における各信号の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of each signal in the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 光学回路部 28 位相検出器 40 原振クロック発生器 41 発振器 42 位相シフタ 43 乗算器 44 加算器 45 コンパレータ 46 分周器 47 周期カウンタ 48 減算器 49 積算器 50 スケール変換器 51 演算手段 2 Optical Circuit Unit 28 Phase Detector 40 Original Clock Generator 41 Oscillator 42 Phase Shifter 43 Multiplier 44 Adder 45 Comparator 46 Divider 47 Period Counter 48 Subtractor 49 Integrator 50 Scale Converter 51 Calculation Means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神保 隆一 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 AA03 BB05 CC04 DD01 DD08 FF01 FF05 GG16 GG22 GG38 GG53 HH01 HH05 JJ01 JJ13 2F065 AA09 BB25 DD03 FF13 FF51 GG04 GG12 GG22 HH04 HH13 JJ01 JJ18 LL12 LL17 LL36 MM03 NN05 PP22 QQ25 QQ27 QQ51  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Ryuichi Jimbo 2-93-2, Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo F-term in Yokogawa Electric Corporation (reference) 2F064 AA03 BB05 CC04 DD01 DD08 FF01 FF05 GG16 GG22 GG38 GG53 HH01 HH05 JJ01 JJ13 2F065 AA09 BB25 DD03 FF13 FF51 GG04 GG12 GG22 HH04 HH13 JJ01 JJ18 LL12 LL17 LL36 MM03 NN05 PP22 QQ25 QQ27 QQ51

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出対象の移動に伴って移動する一定ピ
ッチの干渉縞を光の干渉を利用して生成する光学回路部
と、 干渉縞の配列方向に沿ってずらして配置した複数の受光
素子により干渉縞を検出し、検出対象の移動量に応じて
変調される2種の変調信号を生成する位相検出器とを備
えた位置検出装置において、 前記2種の変調信号に原振クロックをもとに生成した基
準信号をそれぞれ乗算する乗算器と、 前記2つの乗算信号を加算する加算器と、を設けたこと
を特徴とする位相検出装置。
An optical circuit unit that generates interference fringes at a constant pitch that moves with the movement of a detection target by using light interference, and a plurality of light receiving elements that are arranged so as to be shifted along an arrangement direction of the interference fringes. And a phase detector that generates two types of modulated signals that are modulated in accordance with the amount of movement of the detection target. And a multiplier for multiplying each of the generated reference signals, and an adder for adding the two multiplied signals.
【請求項2】 干渉計を用いて光学的に検出対象の位置
を検出する位置検出装置において、 検出対象の移動に伴って移動するピッチPの干渉縞を光
の干渉を利用して生成する光学回路部と、 干渉縞の配列方向に沿ってP/4ピッチだけ位相をずら
して配置した複数の受光素子により干渉縞を検出し、こ
れらの受光手段の検出信号から角周波数ωsが検出対象
の移動量に応じて変調される変調信号K1sinωst
とK1cosωst(K1は定数,tは時間)を生成す
る位相検出器と、 前記変調信号K1sinωstとK1cosωstに原
振クロックをもとに生成した基準信号K2cosωct
とK2sinωct(ωc≫ωs)をそれぞれ乗算する
乗算器と、 前記2つの乗算信号を加算して信号K1・K2sin
(ωc+ωs)tを得る加算器と、 前記加算信号をパルス信号に変換するコンパレータと、 変換したパルス信号を分周比n(nは整数)で分周する
分周器と、 この分周器から得た分周信号の周期n/(fs+fc)
(ωc=2πfc,ωs=2πfs)を前記原振クロッ
クと同期していて分周信号に比べて周期が十分短いクロ
ックで計測する周期カウンタと、 この周期カウンタの計測周期と基準信号の周期n/fc
の差をとる減算器と、 この減算器の減算値を周期n/(fs+fc)毎に積算
する積算器と、 この積算器の積算値から検出対象の位置を算出する位置
算出手段と、を有することを特徴とする位置検出装置。
2. A position detecting apparatus for optically detecting the position of a detection target using an interferometer, wherein the optical system generates interference fringes having a pitch P that moves with the movement of the detection target by using light interference. The interference fringes are detected by a circuit unit and a plurality of light receiving elements arranged with a phase shift of P / 4 along the arrangement direction of the interference fringes. Modulated signal K1 sinωst modulated according to the amount
And a phase detector for generating K1cosωst (K1 is a constant and t is time), and a reference signal K2cosωct generated based on the original clock for the modulated signals K1sinωst and K1cosωst.
And K2sinωct (ωc≫ωs), respectively, and a signal K1 · K2sin by adding the two multiplied signals.
An adder for obtaining (ωc + ωs) t; a comparator for converting the added signal into a pulse signal; a frequency divider for dividing the converted pulse signal by a frequency division ratio n (n is an integer); Period n / (fs + fc) of obtained divided signal
(Ωc = 2πfc, ωs = 2πfs) synchronized with the original clock and measured with a clock whose cycle is sufficiently shorter than the frequency-divided signal; a measurement cycle of this cycle counter and a cycle of the reference signal n / fc
And a position calculating means for calculating a position of a detection target from the integrated value of the integrator, and an integrator for integrating the subtracted value of the subtractor every cycle n / (fs + fc). A position detecting device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 周波数がfc以上の原振クロックを発生
する原振クロック発生器と、 前記原振クロックをもとに信号K2cosωctまたは
K2sinωctを生成して発生する発振器と、 この発振器の発生信号の位相をずらし、信号K2cos
ωctとK2sinωctを生成する位相シフタと、を
有し、前記位相シフタで生成した信号K2cosωct
とK2sinωctを前記乗算器へ与え、前記原振クロ
ックを前記周期カウンタに周期計測用クロックとして与
えることを特徴とする請求項2記載の位置検出装置。
3. An original clock generator that generates an original clock having a frequency equal to or higher than fc; an oscillator that generates and generates a signal K2cosωct or K2sinωct based on the original clock; The phase is shifted and the signal K2cos
ωct and a phase shifter for generating K2sinωct, and a signal K2cosωct generated by the phase shifter.
3. The position detecting device according to claim 2, wherein the multiplier outputs the original clock to the period counter as a period measuring clock.
【請求項4】 前記乗算器は、変調信号K1sinωs
tとK1cosωstに基準信号K2sinωctとK
2cosωctをそれぞれ乗算し、 前記加算器は、2つの乗算信号を加算して信号K1・K
2cos(ωc−ωs)tを得ることを特徴とする請求
項2記載の位置検出装置。
4. The multiplier outputs a modulated signal K1 sinωs
Reference signals K2sinωct and K are added to t and K1cosωst.
2cosωct, and the adder adds two multiplied signals to obtain a signal K1 · K
3. The position detecting device according to claim 2, wherein 2 cos (ωc−ωs) t is obtained.
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