JP2938360B2 - 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 - Google Patents
位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置Info
- Publication number
- JP2938360B2 JP2938360B2 JP893695A JP893695A JP2938360B2 JP 2938360 B2 JP2938360 B2 JP 2938360B2 JP 893695 A JP893695 A JP 893695A JP 893695 A JP893695 A JP 893695A JP 2938360 B2 JP2938360 B2 JP 2938360B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- value
- voltage
- phase difference
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号と電気信号との
間の位相差を検出する方法、回路、および装置に関する
ものである。
間の位相差を検出する方法、回路、および装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】部品
単位で、２つの電気信号間の位相差を出力するＰＬＬ
（Phase-Lock Loop)用の素子（位相比較器）、およびＤ
ＢＭ（Double-Balanced Mixer)が数多く市販されてい
る。これらの部品は電気信号間の位相差を演算して出力
するものなので、光の強度変調成分と電気信号との間の
位相差を測定する場合は、光信号を電気信号に変換して
から位相差を演算する必要があった。さらに、これらの
部品は、入力電気信号の強度が変動すると、その影響を
受けて位相差出力が変動してしまう欠点がある。したが
って、本質的には入力強度一定の条件で用いる必要があ
った。
単位で、２つの電気信号間の位相差を出力するＰＬＬ
（Phase-Lock Loop)用の素子（位相比較器）、およびＤ
ＢＭ（Double-Balanced Mixer)が数多く市販されてい
る。これらの部品は電気信号間の位相差を演算して出力
するものなので、光の強度変調成分と電気信号との間の
位相差を測定する場合は、光信号を電気信号に変換して
から位相差を演算する必要があった。さらに、これらの
部品は、入力電気信号の強度が変動すると、その影響を
受けて位相差出力が変動してしまう欠点がある。したが
って、本質的には入力強度一定の条件で用いる必要があ
った。
【０００３】また、装置として、振幅と位相差情報を出
力するロックインアップ、主に高周波領域で用いられる
ベクトル電圧計、あるいは位相差のみを出力する位相計
などが知られている。これらの装置は、ある程度の入力
強度の変動があっても正確な位相差を求められるように
構成されている。しかし、これらの装置においても、光
の強度変調成分と電気信号との間の位相差を測定する場
合は、フォトダイオードなどにより光信号を電気信号に
変換してから（場合によっては、増幅器で電気信号を増
幅した後）位相差を演算する必要があった。こうした場
合、位相回りに充分注意して装置を構成する必要があ
る。
力するロックインアップ、主に高周波領域で用いられる
ベクトル電圧計、あるいは位相差のみを出力する位相計
などが知られている。これらの装置は、ある程度の入力
強度の変動があっても正確な位相差を求められるように
構成されている。しかし、これらの装置においても、光
の強度変調成分と電気信号との間の位相差を測定する場
合は、フォトダイオードなどにより光信号を電気信号に
変換してから（場合によっては、増幅器で電気信号を増
幅した後）位相差を演算する必要があった。こうした場
合、位相回りに充分注意して装置を構成する必要があ
る。
【０００４】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、光信号と電気信号との位相差を簡易かつ高精
度に求めることを目的とする。
のであり、光信号と電気信号との位相差を簡易かつ高精
度に求めることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の位相差検出方法は、同一の周期を有する
電気信号と光強度変調信号との積を直接演算し、その後
に位相差を反映した信号に変換することを特徴とする。
すなわち、本発明の位相差検出方法は、（ａ）第１の周
波数の成分を有する電気信号の波形を反映した電圧値が
印加された光導電型受光器で第１の周波数の成分を有す
る光信号を受光し、（ｂ）光導電型受光器を流れる、電
気信号と前記光信号との積を演算し、積値に応じた電流
信号の時間平均値を反映した第１の信号を出力するとと
もに、電流信号の強度に応じた第２の信号を出力し、
（ｃ）第１の信号と第２の信号とに基づいて、電気信号
と光信号との位相差に応じた値と電流信号の強度を検出
し、（ｄ）検出された位相差に応じた値と検出された電
流信号の強度とを比較演算して、入力信号強度に依存し
ない位相差を検出することを特徴とする。
めに、本発明の位相差検出方法は、同一の周期を有する
電気信号と光強度変調信号との積を直接演算し、その後
に位相差を反映した信号に変換することを特徴とする。
すなわち、本発明の位相差検出方法は、（ａ）第１の周
波数の成分を有する電気信号の波形を反映した電圧値が
印加された光導電型受光器で第１の周波数の成分を有す
る光信号を受光し、（ｂ）光導電型受光器を流れる、電
気信号と前記光信号との積を演算し、積値に応じた電流
信号の時間平均値を反映した第１の信号を出力するとと
もに、電流信号の強度に応じた第２の信号を出力し、
（ｃ）第１の信号と第２の信号とに基づいて、電気信号
と光信号との位相差に応じた値と電流信号の強度を検出
し、（ｄ）検出された位相差に応じた値と検出された電
流信号の強度とを比較演算して、入力信号強度に依存し
ない位相差を検出することを特徴とする。
【０００６】ここで、電気信号および光信号の少なくと
も一方は、第１の周波数の成分に加えて、更に、第１の
周波数よりも低い第２の周波数の成分を有する、ことを
特徴としてもよい。
も一方は、第１の周波数の成分に加えて、更に、第１の
周波数よりも低い第２の周波数の成分を有する、ことを
特徴としてもよい。
【０００７】また、積値に応じた電流値を電圧値に変換
した後で、時間平均演算を行って第１の信号を出力する
とともに、積値に応じた電流値に応じた値の演算を行っ
て第２の信号と出力することを特徴としてもよい。
した後で、時間平均演算を行って第１の信号を出力する
とともに、積値に応じた電流値に応じた値の演算を行っ
て第２の信号と出力することを特徴としてもよい。
【０００８】また、光導電型受光器は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射光量
が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電流
量が照射光量の略線形関数であり、光導電型受光器に
印加される電圧信号は、周期的であり、時間平均値が略
０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中点の
時刻を原点として、振幅が時間の偶関数であることを特
徴としてもよい。
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射光量
が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電流
量が照射光量の略線形関数であり、光導電型受光器に
印加される電圧信号は、周期的であり、時間平均値が略
０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中点の
時刻を原点として、振幅が時間の偶関数であることを特
徴としてもよい。
【０００９】また、比較演算は、第１の信号の値と第２
の信号の値との比の演算であることを特徴としてもよ
い。
の信号の値との比の演算であることを特徴としてもよ
い。
【００１０】本発明の位相差検出回路は、本発明の位相
差検出方法を実行する回路であり、（ａ）外部からの入
力電圧信号が第１の端子と第２の端子とに接続された光
導電型受光素子と、（ｂ）光導電型受光素子を流れる電
流値を電圧値に変換する電流電圧変換回路と、（ｃ）電
流電圧変換部から出力された電圧信号を入力して、時間
平均値を演算する時間平均回路と、（ｄ）電流電圧変換
部から出力された電圧信号を入力して、前記電圧信号の
値に基づいて前記電圧信号の強度を演算する信号強度演
算回路と、（ｅ）時間平均回路から出力された第１の信
号と信号強度演算回路から出力された第２の信号とを入
力して比較演算する規格化回路と、を備えることを特徴
とする。
差検出方法を実行する回路であり、（ａ）外部からの入
力電圧信号が第１の端子と第２の端子とに接続された光
導電型受光素子と、（ｂ）光導電型受光素子を流れる電
流値を電圧値に変換する電流電圧変換回路と、（ｃ）電
流電圧変換部から出力された電圧信号を入力して、時間
平均値を演算する時間平均回路と、（ｄ）電流電圧変換
部から出力された電圧信号を入力して、前記電圧信号の
値に基づいて前記電圧信号の強度を演算する信号強度演
算回路と、（ｅ）時間平均回路から出力された第１の信
号と信号強度演算回路から出力された第２の信号とを入
力して比較演算する規格化回路と、を備えることを特徴
とする。
【００１１】ここで、光導電型受光素子の動作バイアス
電圧を調整するバイアス調整回路を、更に備えることを
特徴としてもよい。
電圧を調整するバイアス調整回路を、更に備えることを
特徴としてもよい。
【００１２】また、光導電型受光素子は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光素子を流
れる電流値が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加
電圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射光
量が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電
流量が照射光量の略線形関数である、ことを特徴として
もよい。こうした性質を有する光導電型受光器として、
金属−半導体−金属フォトディテクタがある。
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光素子を流
れる電流値が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加
電圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射光
量が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電
流量が照射光量の略線形関数である、ことを特徴として
もよい。こうした性質を有する光導電型受光器として、
金属−半導体−金属フォトディテクタがある。
【００１３】また、規格化回路は、第１の信号の値と第
２の信号の値との比の演算をする除算回路であることを
特徴としてもよい。
２の信号の値との比の演算をする除算回路であることを
特徴としてもよい。
【００１４】本発明の位相差検出装置は、本発明の位相
差検出回路を採用した装置であり、（ａ）第１の周波数
の成分を有する変調信号で強度変調された光信号を受光
する光導電型受光器と、（ｂ）変調信号を入力し、変調
信号の波形を反映した印加電圧を光導電型受光器に供給
する電圧供給手段と、（ｃ）光導電型受光器からの出力
電流を入力し、出力電流の値の時間平均を算出する時間
平均手段と、（ｄ）光導電型受光器からの出力電流の強
度を演算する信号強度演算手段と、（ｅ）時間平均手段
から出力された第１の信号と信号強度演算手段から出力
された第２の信号とを入力して、第１の信号の値との第
２の信号の値とを比較演算する規格化手段と、を備える
ことを特徴とする。
差検出回路を採用した装置であり、（ａ）第１の周波数
の成分を有する変調信号で強度変調された光信号を受光
する光導電型受光器と、（ｂ）変調信号を入力し、変調
信号の波形を反映した印加電圧を光導電型受光器に供給
する電圧供給手段と、（ｃ）光導電型受光器からの出力
電流を入力し、出力電流の値の時間平均を算出する時間
平均手段と、（ｄ）光導電型受光器からの出力電流の強
度を演算する信号強度演算手段と、（ｅ）時間平均手段
から出力された第１の信号と信号強度演算手段から出力
された第２の信号とを入力して、第１の信号の値との第
２の信号の値とを比較演算する規格化手段と、を備える
ことを特徴とする。
【００１５】ここで、光導電型受光器に供給するバイア
ス電圧を調整する調整手段を、更に備える、ことを特徴
としてもよい。
ス電圧を調整する調整手段を、更に備える、ことを特徴
としてもよい。
【００１６】また、光導電型受光器は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定、照射光量値を独立変数した場合、照射光量が
所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電流量
が照射光量の略線形関数であり、電圧供給手段が供給
する印加電圧は、周期的であり、時間平均値が略０であ
り、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中点の時刻を
原点として、振幅が時間の偶関数である、ことを特徴と
してもよい。こうした性質を有する光導電型受光器とし
て、金属−半導体−金属フォトディテクタがある。
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定、照射光量値を独立変数した場合、照射光量が
所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電流量
が照射光量の略線形関数であり、電圧供給手段が供給
する印加電圧は、周期的であり、時間平均値が略０であ
り、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中点の時刻を
原点として、振幅が時間の偶関数である、ことを特徴と
してもよい。こうした性質を有する光導電型受光器とし
て、金属−半導体−金属フォトディテクタがある。
【００１７】また、時間平均手段は、光導電型受光器
からの出力電流を入力し、電流値に応じた電圧に変換す
る電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力さ
れる電圧信号を入力し、電圧信号の値の時間平均を算出
する電圧平均手段とを備え、信号強度演算手段は、電流
電圧変換手段から出力される電圧信号を入力して電圧信
号の強度を演算する、ことを特徴としてもよい。
からの出力電流を入力し、電流値に応じた電圧に変換す
る電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力さ
れる電圧信号を入力し、電圧信号の値の時間平均を算出
する電圧平均手段とを備え、信号強度演算手段は、電流
電圧変換手段から出力される電圧信号を入力して電圧信
号の強度を演算する、ことを特徴としてもよい。
【００１８】また、電圧供給手段は、第１の周波数の成
分に加えて、更に、第１の周波数よりも低い第２の周波
数の成分を有する電圧信号を光導電型受光器に供給す
る、ことを特徴としてもよい。
分に加えて、更に、第１の周波数よりも低い第２の周波
数の成分を有する電圧信号を光導電型受光器に供給す
る、ことを特徴としてもよい。
【００１９】また、規格化手段は、第１の信号の値と第
２の信号の値との比の演算をする、ことを特徴としても
よい。
２の信号の値との比の演算をする、ことを特徴としても
よい。
【００２０】
【作用】本発明の位相差検出の方法、回路、および装置
では、光導電型受光器に所定の周波数を有する電圧信号
を印加し、この光導電型受光器で光信号を受光する。こ
の受光の結果として生じる光導電型受光器を流れる電流
は、電圧信号と光信号との積の値を反映し、電圧信号と
電圧信号と同一の強度変調周波数を有する光信号の成分
との位相差に応じた直流成分を含んでいる。光導電型受
光器を流れる電流値の、あるいはこの電流を変換した電
圧値の時間平均値を演算し、直流成分のみを取り出すこ
とにより、上記の電圧信号と光信号の電圧信号と同一の
強度変調周波数を有する成分との位相差に応じた値を検
出するとともに、光導電型受光器を流れる電流信号の、
あるいはこの電流を変換した電圧信号の強度を演算す
る。そして、更に、位相差に応じた値と光導電型受光器
を流れる電流信号の、あるいはこの電流を変換した電圧
信号の強度とを比較演算して位相差に応じた値を規格化
し、規格化した値から電圧信号と光信号の電圧信号と同
一の強度変調周波数を有する成分との位相差を検出す
る。こうして、入力信号強度に依存せずに電圧信号と光
信号の電圧信号と同一の強度変調周波数を有する成分と
の位相差を検出する。
では、光導電型受光器に所定の周波数を有する電圧信号
を印加し、この光導電型受光器で光信号を受光する。こ
の受光の結果として生じる光導電型受光器を流れる電流
は、電圧信号と光信号との積の値を反映し、電圧信号と
電圧信号と同一の強度変調周波数を有する光信号の成分
との位相差に応じた直流成分を含んでいる。光導電型受
光器を流れる電流値の、あるいはこの電流を変換した電
圧値の時間平均値を演算し、直流成分のみを取り出すこ
とにより、上記の電圧信号と光信号の電圧信号と同一の
強度変調周波数を有する成分との位相差に応じた値を検
出するとともに、光導電型受光器を流れる電流信号の、
あるいはこの電流を変換した電圧信号の強度を演算す
る。そして、更に、位相差に応じた値と光導電型受光器
を流れる電流信号の、あるいはこの電流を変換した電圧
信号の強度とを比較演算して位相差に応じた値を規格化
し、規格化した値から電圧信号と光信号の電圧信号と同
一の強度変調周波数を有する成分との位相差を検出す
る。こうして、入力信号強度に依存せずに電圧信号と光
信号の電圧信号と同一の強度変調周波数を有する成分と
の位相差を検出する。
【００２１】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】図１は、本発明の位相差検出装置の要部の
基本構成図である。図示のように、この装置の要部は、
光導電型受光器１１０と、入力電気信号に応じた電圧を
光導電型受光器１１０に印加する電圧印加部２００と、
印加電圧と受光量とに応じて発生する光導電型受光器１
１０を流れる電流値を入力して電圧値に変換する電流電
圧変換部１２０と、電流電圧変換部１２０から出力され
た電圧信号の時間平均を演算して直流成分の値を出力す
るローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１と、電流電圧変換
部１２０から出力された電圧信号の実効値を直流電圧値
に変換するＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２と、ＬＰＦ１３１
の出力電圧値とＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２の出力電圧値
とに基づいて規格化された位相差を出力する除算回路１
３３と、背景光などの直流光入射に対して出力電流値が
ゼロとなるように光導電型受光器１１０の動作を設定す
るバイアス調整部１４０と、から構成される。
基本構成図である。図示のように、この装置の要部は、
光導電型受光器１１０と、入力電気信号に応じた電圧を
光導電型受光器１１０に印加する電圧印加部２００と、
印加電圧と受光量とに応じて発生する光導電型受光器１
１０を流れる電流値を入力して電圧値に変換する電流電
圧変換部１２０と、電流電圧変換部１２０から出力され
た電圧信号の時間平均を演算して直流成分の値を出力す
るローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１と、電流電圧変換
部１２０から出力された電圧信号の実効値を直流電圧値
に変換するＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２と、ＬＰＦ１３１
の出力電圧値とＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２の出力電圧値
とに基づいて規格化された位相差を出力する除算回路１
３３と、背景光などの直流光入射に対して出力電流値が
ゼロとなるように光導電型受光器１１０の動作を設定す
るバイアス調整部１４０と、から構成される。
【００２３】ここで、光導電型受光器１１０には、光導
電型受光器を流れる電流量が印加電圧の略奇関数である
金属−半導体−金属フォトティテクタ（ＭＳＭ）などを
使用する。
電型受光器を流れる電流量が印加電圧の略奇関数である
金属−半導体−金属フォトティテクタ（ＭＳＭ）などを
使用する。
【００２４】以下、図１を参照しながら本発明の位相差
検出方法の具体例を説明する。
検出方法の具体例を説明する。
【００２５】（位相差検出方法の第１実施例（双方が同
一周期の矩形波信号の場合））図２は、本例の説明図で
ある。図２（ａ）は本例における光導電型受光器１１０
への入力信号である、電圧信号（ＶI ）と光信号
（ＩI ）とを示す。図示のように、ＶI およびＩI は周
期的であり、１周期（０＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、
一周期の矩形波信号の場合））図２は、本例の説明図で
ある。図２（ａ）は本例における光導電型受光器１１０
への入力信号である、電圧信号（ＶI ）と光信号
（ＩI ）とを示す。図示のように、ＶI およびＩI は周
期的であり、１周期（０＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】ここで、Ａ：電圧信号の振幅 Ｂ：入射光強度１ Ｃ：入射光強度２ と表される。
【００２９】光導電型受光器１１０は、各時刻における
ＶI とＩI との積の値に応じた電流を発生するので、１
周期を図２のように〜のように区間分割して考える
と、各区間の電流−電圧変換部１２０の出力電圧値Ｗ１
〜Ｗ４は、 Ｗ１＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（３） Ｗ２＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｃ …（４） Ｗ３＝−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｃ …（５） Ｗ４＝−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（６） ここで、Ｋ１：光導電型受光器の印加電圧に対する出力
電流の比例定数 Ｋ２：光導電型受光器の入力光強度に対する出力電流の
比例定数 Ｋ３：電流−電圧変換部の変換定数 となる。
ＶI とＩI との積の値に応じた電流を発生するので、１
周期を図２のように〜のように区間分割して考える
と、各区間の電流−電圧変換部１２０の出力電圧値Ｗ１
〜Ｗ４は、 Ｗ１＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（３） Ｗ２＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｃ …（４） Ｗ３＝−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｃ …（５） Ｗ４＝−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（６） ここで、Ｋ１：光導電型受光器の印加電圧に対する出力
電流の比例定数 Ｋ２：光導電型受光器の入力光強度に対する出力電流の
比例定数 Ｋ３：電流−電圧変換部の変換定数 となる。
【００３０】したがって、ＬＰＦ１３１の出力Ｗは、 Ｗ＝（Ｗ１・φ＋Ｗ２・（π−φ） ＋Ｗ３・φ＋Ｗ４・（π−φ））／２π ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂ−Ｃ）（１／２−φ／π）…（７） となる。
【００３１】また、ＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２は全区間
の電圧値の２乗平均値の平方根、つまり、ＲＭＳ値すな
わち実効値を出力する。ＲＭＳ値を算出する場合におい
て、気をつけなければならないことは、電流電圧変換部
１２０の出力電圧のＤＣ成分を除いた信号で演算しなけ
ればならないことである。具体的には、入射光強度Ｂ及
びＣをその平均値（Ｂ＋Ｃ）／２を中心として変位する
量と考えて計算すればよい。ここで、ＲＭＳ値を
ＷRMS 、各区間の出力電圧値２乗平均値をＷ１′〜Ｗ
４′とすると、 ＷRMS ＝（Ｗ１′・φ＋Ｗ２′・（π−φ） ＋Ｗ３′・φ＋Ｗ４′・（π−φ））／２π …（８） となる。
の電圧値の２乗平均値の平方根、つまり、ＲＭＳ値すな
わち実効値を出力する。ＲＭＳ値を算出する場合におい
て、気をつけなければならないことは、電流電圧変換部
１２０の出力電圧のＤＣ成分を除いた信号で演算しなけ
ればならないことである。具体的には、入射光強度Ｂ及
びＣをその平均値（Ｂ＋Ｃ）／２を中心として変位する
量と考えて計算すればよい。ここで、ＲＭＳ値を
ＷRMS 、各区間の出力電圧値２乗平均値をＷ１′〜Ｗ
４′とすると、 ＷRMS ＝（Ｗ１′・φ＋Ｗ２′・（π−φ） ＋Ｗ３′・φ＋Ｗ４′・（π−φ））／２π …（８） となる。
【００３２】ここで、 Ｗ１′＝（Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・｜Ｂ−（Ｂ＋Ｃ）／２｜）1/2 …（９） Ｗ２′＝（Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・｜Ｃ−（Ｂ＋Ｃ）／２｜）1/2 …（１０） Ｗ３′＝（−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・｜Ｃ−（Ｂ＋Ｃ）／２｜）1/2 …（１１） Ｗ４′＝（−Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・｜Ｂ−（Ｂ＋Ｃ）／２｜）1/2 …（１２） である。（８）式に（９）〜（１２）式を代入して整理
すると、 ＷRMS ＝（Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂ−Ｃ））／２ …（１３） となる。
すると、 ＷRMS ＝（Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂ−Ｃ））／２ …（１３） となる。
【００３３】ＬＰＦ１３１の出力ＷとＲＭＳ−ＤＣ変換
器１３２の出力値ＷRMS とは除算回路１３３に入力し、
Ｗ／ＷRMS が演算される。この演算結果は、 Ｗ／ＷRMS ＝１−（２φ／π） …（１４） となり、入力信号強度Ａ，ＢまたはＣに依存しない位相
差出力（ＮＰＨＯ）が得られる。
器１３２の出力値ＷRMS とは除算回路１３３に入力し、
Ｗ／ＷRMS が演算される。この演算結果は、 Ｗ／ＷRMS ＝１−（２φ／π） …（１４） となり、入力信号強度Ａ，ＢまたはＣに依存しない位相
差出力（ＮＰＨＯ）が得られる。
【００３４】同様に、位相差π＜φ＜２πのときには、 Ｗ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂ−Ｃ）（φ／π−３／２） …（１５） ＷRMS ＝１／２・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂ−Ｃ） …（１６） となり、 Ｗ／ＷRMS ＝（２φ／π）−３ …（１７） となる。
【００３５】すなわち、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）
の値（Ｗ／ＷRMS ）は、位相差φに対して折れ線状に変
化するとともに、φ＝π／２あるいはφ＝３π／２でゼ
ロとなる（図２（ｂ）参照）。したがって、位相差φの
不定性の範囲を２ｎπ≦φ≦（２ｎ＋１）πあるいは
（２ｎ−１）π≦φ≦２ｎπ（ｎ：整数）となるように
すれば、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）の値（Ｗ／Ｗ
RMS ）から位相差を検出することができる。
の値（Ｗ／ＷRMS ）は、位相差φに対して折れ線状に変
化するとともに、φ＝π／２あるいはφ＝３π／２でゼ
ロとなる（図２（ｂ）参照）。したがって、位相差φの
不定性の範囲を２ｎπ≦φ≦（２ｎ＋１）πあるいは
（２ｎ−１）π≦φ≦２ｎπ（ｎ：整数）となるように
すれば、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）の値（Ｗ／Ｗ
RMS ）から位相差を検出することができる。
【００３６】（位相差検出方法の第２実施例（双方が同
一周期の正弦波信号の場合））図３は、本例の説明図で
ある。図３（ａ）は本例における光導電型受光器１１０
への入力信号である。電圧信号（ＶI ）と光信号
（ＩI ）とを示す。図示のように、ＶI およびＩI は周
期的であり、１周期（Ｏ＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、 ＶI ＝Ａ・ｓｉｎωｔ …（１８） ＩI ＝Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φ）＋Ｉ0 …（１９） ここで、ω：角周波数 と表される。
一周期の正弦波信号の場合））図３は、本例の説明図で
ある。図３（ａ）は本例における光導電型受光器１１０
への入力信号である。電圧信号（ＶI ）と光信号
（ＩI ）とを示す。図示のように、ＶI およびＩI は周
期的であり、１周期（Ｏ＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、 ＶI ＝Ａ・ｓｉｎωｔ …（１８） ＩI ＝Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φ）＋Ｉ0 …（１９） ここで、ω：角周波数 と表される。
【００３７】上記の第１の例と同様に、光導電型受光器
１１０は、各時刻におけるＶI とＩI との積の値に応じ
た電流を発生するので、各時刻における電流−電圧変換
部１２０の出力電圧値ｗ′は、 ｗ′＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・ＶI ・ＩI ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（ωｔ−φ） ＋Ｉ0 ｓｉｎωｔ） …（２０） となる。
１１０は、各時刻におけるＶI とＩI との積の値に応じ
た電流を発生するので、各時刻における電流−電圧変換
部１２０の出力電圧値ｗ′は、 ｗ′＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・ＶI ・ＩI ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｂｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（ωｔ−φ） ＋Ｉ0 ｓｉｎωｔ） …（２０） となる。
【００３８】さらに整理すると、（２０）式は、 ｗ′＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ ×｛−Ｂ・ｃｏｓ（２ωｔ−φ）／２ −Ｂ・ｃｏｓφ／２＋Ｉ0 ｓｉｎωｔ｝ …（２１） となる。したがって、ＬＰＦ１３０の出力値Ｗは、 Ｗ＝−（Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ・ｃｏｓφ）／２ …（２２） である。
【００３９】また、ＲＭＳ−ＤＣ変換器１３２により、
電流電圧変換部１２０の出力電圧値ｗ′のうちの、２倍
の角周波数をもつ項のＲＭＳ値ＷRMS を算出する。Ｗ
RMS は、 ＷRMS ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ／２3/2 …（２３） で与えられ、続く除算回路１３３において、Ｗ／ＷRMS
を演算すると、 Ｗ／ＷRMS ＝−２1/2 ｃｏｓφ …（２４） となる。
電流電圧変換部１２０の出力電圧値ｗ′のうちの、２倍
の角周波数をもつ項のＲＭＳ値ＷRMS を算出する。Ｗ
RMS は、 ＷRMS ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ／２3/2 …（２３） で与えられ、続く除算回路１３３において、Ｗ／ＷRMS
を演算すると、 Ｗ／ＷRMS ＝−２1/2 ｃｏｓφ …（２４） となる。
【００４０】すなわち、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）
の値（Ｗ／ＷRMS ）は、位相差φに対して余弦状に変化
するとともに、φ＝π／２あるいはφ＝３π／２でゼロ
となる（図３（ｂ）参照）。したがって、位相差φの不
定性の範囲を２ｎπ≦φ≦（２ｎ＋１）π（ｎ：整数）
あるいは（２ｎ−１）π≦φ≦２ｎπ（ｎ：整数）とな
るようにすれば、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）の値
（Ｗ／ＷRMS ）から位相差を検出することができる。
の値（Ｗ／ＷRMS ）は、位相差φに対して余弦状に変化
するとともに、φ＝π／２あるいはφ＝３π／２でゼロ
となる（図３（ｂ）参照）。したがって、位相差φの不
定性の範囲を２ｎπ≦φ≦（２ｎ＋１）π（ｎ：整数）
あるいは（２ｎ−１）π≦φ≦２ｎπ（ｎ：整数）とな
るようにすれば、規格化位相差出力（ＮＰＨＯ）の値
（Ｗ／ＷRMS ）から位相差を検出することができる。
【００４１】以上、本発明の位相差検出方法の代表的な
実施例について説明したが、位相差を検出する対象の電
圧信号および光信号の波形は、上記の矩形波あるいは正
弦波に限定されるものではなく、周期的であり、時間平
均値が略０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻
の中点の時刻を原点として振幅が時間の偶関数であれ
ば、本発明の位相差検出方法を実施できる。例えば、図
４（ａ）に示す三角波、あるいは図４（ｂ）に示す台形
波を使用することができる。また、電圧信号と光信号と
が同一の型の波形を有する必要はなく、夫々が同一の周
期を有し、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０と
なる隣り合う時刻の中点の時刻を原点として振幅が時間
の偶関数であれば、本発明の位相差検出方法を実施でき
る。
実施例について説明したが、位相差を検出する対象の電
圧信号および光信号の波形は、上記の矩形波あるいは正
弦波に限定されるものではなく、周期的であり、時間平
均値が略０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻
の中点の時刻を原点として振幅が時間の偶関数であれ
ば、本発明の位相差検出方法を実施できる。例えば、図
４（ａ）に示す三角波、あるいは図４（ｂ）に示す台形
波を使用することができる。また、電圧信号と光信号と
が同一の型の波形を有する必要はなく、夫々が同一の周
期を有し、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０と
なる隣り合う時刻の中点の時刻を原点として振幅が時間
の偶関数であれば、本発明の位相差検出方法を実施でき
る。
【００４２】次に、上記の位相差検出方法を実現する位
相差検出回路の実施例を説明する。図５は、位相差検出
回路の構成例１の構成図である。この位相差検出回路
は、光信号（ＩI ）と電圧信号（ＶI ）とを入力して、
光信号と電圧信号との積を演算することにより反射変調
光と変調信号との位相差を反映した電流信号を出力する
光導電型受光器１１０と、電圧信号の交流分の電圧信号
を光導電型受光器１１０に印加するための接続コンデン
サＣ１、Ｃ２と、光導電型受光器１１０に生じた電流の
直流分を通すチョークコイルＬ１、Ｌ２と、チョークコ
イルＬ１、光導電型受光器１１０およびチョークコイル
Ｌ２を流れる電流信号の交流分を電圧に変換する電流電
圧変換回路１２０と、電流電圧変換回路１２０が出力す
る電圧信号の時間平均を演算して出力するＬＰＦ１３１
と、電流電圧変換回路１２０が出力する電圧信号の実効
値電圧を演算して出力するＲＭＳ−ＤＣ変換回路１３２
と、ＬＰＦ１３１の出力をＲＭＳ−ＤＣ変換回路器１３
２の出力で除算する除算回路１３３と、光導電型受光器
１１０に印加する電圧のバイアス値を調整するバイアス
調整回路１４０と、から構成される。
相差検出回路の実施例を説明する。図５は、位相差検出
回路の構成例１の構成図である。この位相差検出回路
は、光信号（ＩI ）と電圧信号（ＶI ）とを入力して、
光信号と電圧信号との積を演算することにより反射変調
光と変調信号との位相差を反映した電流信号を出力する
光導電型受光器１１０と、電圧信号の交流分の電圧信号
を光導電型受光器１１０に印加するための接続コンデン
サＣ１、Ｃ２と、光導電型受光器１１０に生じた電流の
直流分を通すチョークコイルＬ１、Ｌ２と、チョークコ
イルＬ１、光導電型受光器１１０およびチョークコイル
Ｌ２を流れる電流信号の交流分を電圧に変換する電流電
圧変換回路１２０と、電流電圧変換回路１２０が出力す
る電圧信号の時間平均を演算して出力するＬＰＦ１３１
と、電流電圧変換回路１２０が出力する電圧信号の実効
値電圧を演算して出力するＲＭＳ−ＤＣ変換回路１３２
と、ＬＰＦ１３１の出力をＲＭＳ−ＤＣ変換回路器１３
２の出力で除算する除算回路１３３と、光導電型受光器
１１０に印加する電圧のバイアス値を調整するバイアス
調整回路１４０と、から構成される。
【００４３】ここで、光導電型受光器１１０は、ＧａＡ
ｓを材料として用いた金属−半導体−金属（ＭＳＭ）受
光器から構成される。また、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路１３
２や除算回路１３３は専用のＩＣが容易に入手できる
が、演算増幅器等で実現することもできる。
ｓを材料として用いた金属−半導体−金属（ＭＳＭ）受
光器から構成される。また、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路１３
２や除算回路１３３は専用のＩＣが容易に入手できる
が、演算増幅器等で実現することもできる。
【００４４】この光導電型受光器１１０は、照射光量が
一定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が
０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流
れる電流量が印加電圧の奇関数である、という特性を有
している。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の位相差検
出回路において採用可能な光導電型受光器１１０の特性
を例示した図である。
一定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が
０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流
れる電流量が印加電圧の奇関数である、という特性を有
している。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の位相差検
出回路において採用可能な光導電型受光器１１０の特性
を例示した図である。
【００４５】電流電圧変換回路１２０は、演算増幅器Ａ
２および抵抗Ｒ２から構成され、入力した交流電流信号
が抵抗Ｒ２によって電圧に変換されて、電圧信号が出力
される。
２および抵抗Ｒ２から構成され、入力した交流電流信号
が抵抗Ｒ２によって電圧に変換されて、電圧信号が出力
される。
【００４６】ローパスフィルタ１３１は、演算増幅器Ａ
１、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ１から構成される。こ
のローパスフィルタ１３１では、コンデンサＣ４の容量
値と抵抗Ｒ１の抵抗値との積で決まる時定数で入力した
電圧信号を積分して時間平均値を演算することより、位
相差に応じた略直流電圧を出力する。
１、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ１から構成される。こ
のローパスフィルタ１３１では、コンデンサＣ４の容量
値と抵抗Ｒ１の抵抗値との積で決まる時定数で入力した
電圧信号を積分して時間平均値を演算することより、位
相差に応じた略直流電圧を出力する。
【００４７】また、バイアス調整回路１４０は、バイア
ス電圧値を調整する可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ１
の端子と接続される。直列接続された直流電源Ｅ１，Ｅ
２と、からなり、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２との接続
点は接地電位に設定される。
ス電圧値を調整する可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ１
の端子と接続される。直列接続された直流電源Ｅ１，Ｅ
２と、からなり、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２との接続
点は接地電位に設定される。
【００４８】本実施例の回路では、電圧印加部２００か
ら入力した電圧信号の交流成分が光導電型受光器１１０
に印加される。この電圧が印加された光導電型受光器１
１０に光信号が入射すると、電圧信号と光信号との積の
値に応じた電流が光導電型受光器１１０を流れる。この
電流信号は、チョークコイルＬ２を介して電流−電圧変
換部１２０に入力し、電圧信号（ＡＣＯ）に変換されて
出力される。この電圧信号は、チョークコイルＬ１，Ｌ
２で除去しきれなかった交流成分を含んでいる。ローパ
スフィルタは、この電圧信号を入力して時間平均を演算
することにより、直流電圧を出力する。
ら入力した電圧信号の交流成分が光導電型受光器１１０
に印加される。この電圧が印加された光導電型受光器１
１０に光信号が入射すると、電圧信号と光信号との積の
値に応じた電流が光導電型受光器１１０を流れる。この
電流信号は、チョークコイルＬ２を介して電流−電圧変
換部１２０に入力し、電圧信号（ＡＣＯ）に変換されて
出力される。この電圧信号は、チョークコイルＬ１，Ｌ
２で除去しきれなかった交流成分を含んでいる。ローパ
スフィルタは、この電圧信号を入力して時間平均を演算
することにより、直流電圧を出力する。
【００４９】一方、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路１３２は、電
圧信号（ＡＣＯ）のＲＭＳ電圧をＤＣ電圧に変換するこ
とにより、光信号ＩI 、電圧信号ＶI の信号強度に比例
した値を出力する。したがって、ＬＰＦ１３１からの時
間平均出力をこの信号強度に比例した値で除算回路１３
３を用いて除算することによって、光信号ＩI 、電圧信
号ＶI の強度に依存しない規格化位相差出力Ｗ／ＷRMS
が得られる。
圧信号（ＡＣＯ）のＲＭＳ電圧をＤＣ電圧に変換するこ
とにより、光信号ＩI 、電圧信号ＶI の信号強度に比例
した値を出力する。したがって、ＬＰＦ１３１からの時
間平均出力をこの信号強度に比例した値で除算回路１３
３を用いて除算することによって、光信号ＩI 、電圧信
号ＶI の強度に依存しない規格化位相差出力Ｗ／ＷRMS
が得られる。
【００５０】なお、バイアス調整回路１４０によって、
背景光などの直流光入射時に位相差出力の値が「０Ｖ」
となるように設定しておけば、光導電型受光器１１０の
印加電圧に対する電流特性が図６（ａ）の破線で示すよ
うに、奇関数特性からはずれても、位相差φ＝π／２あ
るいは３π／２で「０Ｖ」出力を得ることができる。
背景光などの直流光入射時に位相差出力の値が「０Ｖ」
となるように設定しておけば、光導電型受光器１１０の
印加電圧に対する電流特性が図６（ａ）の破線で示すよ
うに、奇関数特性からはずれても、位相差φ＝π／２あ
るいは３π／２で「０Ｖ」出力を得ることができる。
【００５１】また、図５の構成から電圧信号の印加方法
を変更して、図７に示す位相差検出回路の構成例２ある
いは図８に示す位相差検出回路の構成例３のように構成
としても同様に位相差に応じた直流電圧出力を得ること
ができる。また、図９乃至図１１のように、図５、図
７、および図８の直流−電圧変換回路１２０およびロー
パスフィルタ１３１を一体化して、フィルタ１５０に置
き換えても位相差に応じた直流電圧出力を得ることがで
きる。
を変更して、図７に示す位相差検出回路の構成例２ある
いは図８に示す位相差検出回路の構成例３のように構成
としても同様に位相差に応じた直流電圧出力を得ること
ができる。また、図９乃至図１１のように、図５、図
７、および図８の直流−電圧変換回路１２０およびロー
パスフィルタ１３１を一体化して、フィルタ１５０に置
き換えても位相差に応じた直流電圧出力を得ることがで
きる。
【００５２】一般に、周波数シンセサイザの出力インピ
ーダンスは５０Ωであるので、電圧入力部を抵抗終端型
とした実施例を図１２に示した。図１２において、抵抗
Ｒ３を５０Ωとすることにより、入力／インピーダンス
は、略５０Ωとなる。ここで、光導電型受光器のインピ
ーダンスは、５０Ωに比べて、非常に大きいため無視す
ることができる。
ーダンスは５０Ωであるので、電圧入力部を抵抗終端型
とした実施例を図１２に示した。図１２において、抵抗
Ｒ３を５０Ωとすることにより、入力／インピーダンス
は、略５０Ωとなる。ここで、光導電型受光器のインピ
ーダンスは、５０Ωに比べて、非常に大きいため無視す
ることができる。
【００５３】さらに、図５の実施例では、光導電型受光
器１１０からの電流出力を、電流電圧変換器１２０を用
いて電圧に変換しているが、図１２の実施例では、抵抗
Ｒ２だけで行われている。
器１１０からの電流出力を、電流電圧変換器１２０を用
いて電圧に変換しているが、図１２の実施例では、抵抗
Ｒ２だけで行われている。
【００５４】厳密に考えれば、電流電圧変換器とは言え
ないが、電流が十分小さいときに限っては、誤差は非常
に小さい。逆に、回路が簡略化される利点がある。これ
以後の処理は、図５と同様である。また、図１３および
図１４は、入力信号の強度を検出する回路を両波整流回
路１０３とピーク検出回路１０４を用いた実施例であ
る。
ないが、電流が十分小さいときに限っては、誤差は非常
に小さい。逆に、回路が簡略化される利点がある。これ
以後の処理は、図５と同様である。また、図１３および
図１４は、入力信号の強度を検出する回路を両波整流回
路１０３とピーク検出回路１０４を用いた実施例であ
る。
【００５５】次に、外来光の影響を除去したり、高いＳ
／Ｎを必要とする場合によく使われる手法で、信号に複
変調をかけた測定の実施例を図１５に示した。発振器、
２つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１、ＢＰＦ２）、２
つのダブルバンドミキサ（ＤＢＭ１、ＤＢＭ２）を除け
ばその他の構成、動作とともに図１２と同じである。Ｄ
ＢＭ１，ＢＰＦ１と発振器により、入力電圧信号に変調
をかけ、ＤＢＭ２，ＢＰＦ２と発振器で複調している。
また、図１６、図１７は入力信号の強度検出回路に両波
整流回路１０３、ピーク検出回路１０４を用いた実施例
を示す。
／Ｎを必要とする場合によく使われる手法で、信号に複
変調をかけた測定の実施例を図１５に示した。発振器、
２つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１、ＢＰＦ２）、２
つのダブルバンドミキサ（ＤＢＭ１、ＤＢＭ２）を除け
ばその他の構成、動作とともに図１２と同じである。Ｄ
ＢＭ１，ＢＰＦ１と発振器により、入力電圧信号に変調
をかけ、ＤＢＭ２，ＢＰＦ２と発振器で複調している。
また、図１６、図１７は入力信号の強度検出回路に両波
整流回路１０３、ピーク検出回路１０４を用いた実施例
を示す。
【００５６】そして、本発明の位相差検出装置は、上記
の位相差検出回路の実施例を内蔵して構成される。
の位相差検出回路の実施例を内蔵して構成される。
【００５７】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施
例では光導電受光器としてＧａＡｓ材料を用いたＭＳＭ
受光器を使用したがシリコン単結晶、アモルファスシリ
コン、ＩｎＰ、ＧａＰなどの半導体または長波長域の用
途にはＩｎＧａＡｓ，ＨｇＣｄＴｃなどの混晶化合物半
導体を用いて構成することが可能である。また高速動作
には適していないが、ＣｄＳ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅなどの
光導電型検出器を用いることも可能である。
ではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施
例では光導電受光器としてＧａＡｓ材料を用いたＭＳＭ
受光器を使用したがシリコン単結晶、アモルファスシリ
コン、ＩｎＰ、ＧａＰなどの半導体または長波長域の用
途にはＩｎＧａＡｓ，ＨｇＣｄＴｃなどの混晶化合物半
導体を用いて構成することが可能である。また高速動作
には適していないが、ＣｄＳ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅなどの
光導電型検出器を用いることも可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の位
相差検出の方法、回路、および装置によれば、電圧信号
と光信号との積を光導電型受光器で直接演算し、この演
算結果の時間平均値と光導電型受光器の演算結果である
電流信号の強度値とに基づいた規格化位相差値から位相
差を検出するので、入力信号の強度に依存せずに、光信
号と電気信号との位相差を簡易かつ高精度に求めること
ができる。
相差検出の方法、回路、および装置によれば、電圧信号
と光信号との積を光導電型受光器で直接演算し、この演
算結果の時間平均値と光導電型受光器の演算結果である
電流信号の強度値とに基づいた規格化位相差値から位相
差を検出するので、入力信号の強度に依存せずに、光信
号と電気信号との位相差を簡易かつ高精度に求めること
ができる。
【００５９】また、本発明の位相差検出の方法、回路、
および装置を光波測距儀に応用すれば、取扱いの難しい
高周波増幅器を用いる必要がなくなり、高周波信号の回
り込みによる測距精度の低下を防止できる。更に、規格
化位相差値は入力信号強度に依存しないので、例えば、
被測定物の反射率等が時間よって変化しても、常に、精
度の良い距離測定が可能となる。
および装置を光波測距儀に応用すれば、取扱いの難しい
高周波増幅器を用いる必要がなくなり、高周波信号の回
り込みによる測距精度の低下を防止できる。更に、規格
化位相差値は入力信号強度に依存しないので、例えば、
被測定物の反射率等が時間よって変化しても、常に、精
度の良い距離測定が可能となる。
【図１】本発明の基本構成図である。
【図２】本発明の位相差検出方法の第１実施例（矩形波
入力）の説明図である。
入力）の説明図である。
【図３】本発明の位相差検出方法の第２実施例（正弦波
入力）の説明図である。
入力）の説明図である。
【図４】印加電圧信号の説明図である。
【図５】本発明の位相差検出回路の構成例１の構成図で
ある。
ある。
【図６】光導電型受光器の特性の説明図である。
【図７】本発明の位相差検出回路の構成例２の構成図で
ある。
ある。
【図８】本発明の位相差検出回路の構成例３の構成図で
ある。
ある。
【図９】本発明の位相差検出回路の構成例４の構成図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の位相差検出回路の構成例５の構成図
である。
である。
【図１１】本発明の位相差検出回路の構成例６の構成図
である。
である。
【図１２】本発明の位相差検出回路の構成例７の構成図
である。
である。
【図１３】本発明の位相差検出回路の構成例８の構成図
である。
である。
【図１４】本発明の位相差検出回路の構成例９の構成図
である。
である。
【図１５】本発明の位相差検出回路の構成例１０の構成
図である。
図である。
【図１６】本発明の位相差検出回路の構成例１１の構成
図である。
図である。
【図１７】本発明の位相差検出回路の構成例１２の構成
図である。
図である。
１０３…両波整流回路、１０４…ピーク検出回路、１１
０…光導電型受光器、１２０…電流−電圧変換部、１３
１…ローパスフィルタ、１３２…ＲＭＳ電圧計、１３３
…除算回路、１４０…バイアス調節部、１５０…フィル
タ、２００…電圧印加部。
０…光導電型受光器、１２０…電流−電圧変換部、１３
１…ローパスフィルタ、１３２…ＲＭＳ電圧計、１３３
…除算回路、１４０…バイアス調節部、１５０…フィル
タ、２００…電圧印加部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−120327（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−12510（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114429（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 G01J 1/00 - 1/60 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (17)
- 【請求項１】 第１の周波数の成分を有する電気信号の
波形を反映した電圧値が印加された光導電型受光器で前
記第１の周波数の成分を有する光信号を受光し、 前記光導電型受光器を流れる、前記電気信号と前記光信
号との積を演算し、積値に応じた電流信号の時間平均値
を反映した第１の信号を出力するとともに、前記電流信
号の強度に応じた第２の信号を出力し、 前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて、前記電
気信号と前記光信号との位相差に応じた値と前記電流信
号の強度を検出し、 検出された前記位相差に応じた値と検出された前記電流
信号の強度とを比較演算して、入力信号強度に依存しな
い位相差を検出する、 ことを特徴とする位相差検出方法。 - 【請求項２】 前記電気信号及び前記光信号の少なくと
も一方には、前記第１の周波数の成分に加えて、更に、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の成分を有す
る、ことを特徴とする請求項１記載の位相差検出方法。 - 【請求項３】 前記積値に応じた電流値を電圧値に変換
した後で、時間平均演算を行って前記第１の信号を出力
するとともに、前記積値に応じた電流値に応じた値の演
算を行って前記第２の信号を出力する、ことを特徴とす
る請求項１記載の位相差検出方法。 - 【請求項４】 前記光導電型受光器は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、前記光導電型受光器を
流れる電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印
加電圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射
光量が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流
れる電流量が照射光量の略線形関数であり、 前記光導電型受光器に印加される電圧信号は、周期的で
あり、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０となる
隣り合う時刻の中点の時刻を原点として、振幅が時間の
略偶関数である、 ことを特徴とする請求項１記載の位相差検出方法。 - 【請求項５】 前記比較演算は、前記第１の信号の値と
前記第２の信号の値との比の演算である、ことを特徴と
する請求項１記載の位相差検出方法。 - 【請求項６】 外部からの入力電圧信号が第１の端子と
第２の端子とに接続された光導電型受光素子と、 前記光導電型受光素子を流れる電流値を電圧値に変換す
る電流電圧変換回路と、 前記電流電圧変換部から出力された電圧信号を入力し
て、時間平均値を演算する時間平均回路と、 前記電流一電圧変換部から出力された電圧信号を入力し
て、前記電圧信号の値に基づいて前記電圧信号の強度を
演算する信号強度演算回路と、 前記時間平均回路から出力された第１の信号と前記信号
強度演算回路から出力された第２の信号とを入力して比
較演算する規格化回路と、 を備えることを特徴とする位相差検出回路。 - 【請求項７】 前記光導電型受光素子の動作バイアス電
圧を調整するバイアス調整回路を、更に備えることを特
徴とする請求項６記載の位相差検出回路。 - 【請求項８】 前記光導電型受光素子は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、前記光導電型受光素子
を流れる電流値が印加電圧の略奇関数であるとともに、
印加電圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照
射光量が所定の定義域において、前記光導電型受光器を
流れる電流値が照射光量の略線形関数である、ことを特
徴とする請求項６記載の位相差検出回路。 - 【請求項９】 前記光導電型受光器は、金属−半導体−
金属フォトディテクタである、ことを特徴とする請求項
８記載の位相差検出回路。 - 【請求項１０】 前記規格化回路は、前記第１の信号の
値と前記第２の信号の値との比の演算をする除算回路で
ある、ことを特徴とする請求項６記載の位相差検出回
路。 - 【請求項１１】 第１の周波数の成分を有する変調信号
で強度変調された光信号を受光する光導電型受光器と、 前記変調信号を入力し、該変調信号の波形を反映した印
加電圧を前記光導電型受光器に供給する電圧供給手段
と、 前記光導電型受光器からの出力電流を入力し、前記出力
電流の値の時間平均を算出する時間平均手段と、 前記光導電型受光器からの出力電流の強度を演算する信
号強度演算手段と、 前記時間平均手段から出力された第１の信号と前記信号
強度演算手段から出力された第２の信号とを入力して、
第１の信号の値と第２の信号との値とを比較演算する規
格化手段と、 を備えることを特徴とする位相差検出装置。 - 【請求項１２】 前記光導電型受光器に供給するバイア
ス電圧を調整する調整手段を、更に備える、ことを特徴
とする請求項１１記載の位相差検出装置。 - 【請求項１３】 前記光導電型受光器は、照射光量が一
定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、前記光導電型受光器を
流れる電流値が印加電圧の略奇関数であるとともに、印
加電圧が一定、照射光量値を独立変数とした場合、照射
光量が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流
れる電流量が照射光量の略線形関数であり、 前記電圧供給手段が供給する印加電圧は、周期的であ
り、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０となる隣
り合う時刻の中点の時刻を原点として、振幅が時間の略
偶関数である、 ことを特徴とする請求項１１記載の位相差検出装置。 - 【請求項１４】 前記光導電型受光器は、金属−半導体
−金属フォトディテクタである、ことを特徴とする請求
項１３記載の位相差検出装置。 - 【請求項１５】 前記時間平均手段は、 前記光導電型受光器からの出力電流を入力し、電流値に
応じた電圧に変換する電流・電圧変換手段と、 前記電流・電圧変換手段から出力される電圧信号を入力
し、前記電圧信号の値の時間平均を算出する電圧平均手
段と、 を備え、前記信号強度演算手段は、前記電流電圧変換手
段から出力される前記電圧信号を入力して前記電圧信号
の強度を演算する、ことを特徴とする請求項１１記載の
位相差検出装置。 - 【請求項１６】 前記電圧供給手段は、前記第１の周波
数の成分に加えて、更に、前記第１の周波数よりも低い
第２の周波数の成分を有する電圧信号を前記光導電型受
光器に供給する、ことを特徴とする請求項１１記載の位
相差検出装置。 - 【請求項１７】 前記規格化手段は、前記第１の信号の
値と前記第２の信号の値との比の演算をする、ことを特
徴とする請求項１１記載の位相差検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP893695A JP2938360B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP893695A JP2938360B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201182A JPH08201182A (ja) | 1996-08-09 |
| JP2938360B2 true JP2938360B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=11706561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP893695A Expired - Fee Related JP2938360B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938360B2 (ja) |
-
1995
- 1995-01-24 JP JP893695A patent/JP2938360B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08201182A (ja) | 1996-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3364333B2 (ja) | 減衰特性測定装置 | |
| GB2125960A (en) | Measuring magnetic field | |
| CN113504415B (zh) | 一种里德堡原子微波鉴相器系统及其相位测量方法 | |
| JP3441169B2 (ja) | 同期型信号検出装置 | |
| Voges et al. | Optical phase and amplitude measurement by single sideband homodyne detection | |
| CN115561504A (zh) | 反射式全光纤电流传感器最优调制深度的调制信号确定方法 | |
| JP3307723B2 (ja) | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 | |
| JP2938360B2 (ja) | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 | |
| US7126324B1 (en) | Precision digital phase meter | |
| JPH04232418A (ja) | 固有周波数位相シフトコントロールループ | |
| EP0599181B1 (en) | Voltage sensor | |
| US5631555A (en) | Voltage measurement system | |
| Wang | Sensitive digital lock‐in amplifier using a personal computer | |
| EP0501241B1 (en) | Highly sensitive magnetic field detecting device | |
| JPH0361863A (ja) | 適応形ハーフ・ブリッジ及びインピーダンス・メータ | |
| EP0537288B1 (en) | Single stage demodulator with reference signal phase dither | |
| JPH063389A (ja) | 変流器位相誤差検出方法およびその装置 | |
| JP3161484B2 (ja) | 同期信号の位相差測定回路 | |
| JP3130187B2 (ja) | 電界検出装置 | |
| JPH01502536A (ja) | 原子ビームの方向を決定する装置および方法 | |
| JP2758556B2 (ja) | 光信号検出装置 | |
| JP2023029081A (ja) | 測定装置および測定方法 | |
| JPS61139766A (ja) | アバランシエホトダイオ−ドの増倍暗電流測定装置 | |
| Markowitz et al. | Development of a readout scheme for high frequency gravitational waves | |
| Peters et al. | An inexpensive synchronous detector and its application to differential capacitance sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |