JP2946675B2 - ヘテロダイン干渉計用高速位相差測定装置 - Google Patents
ヘテロダイン干渉計用高速位相差測定装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
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- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
干渉計に用いられる位相差測定装置に関するものであ
る。
イン干渉計から出力された基準干渉光と測定干渉光の位
相差を測定するものである。従来の装置の構成を次に説
明する。
電気信号に変換する。変換して得られた信号を第4図に
それぞれ基準信号a1および測定信号d1として示す。位相
差の測定は、これら基準信号a1と測定信号d1とのゼロク
ロス位置の時間差を測定することにより行なう。この時
間差を測定するために、第4図の(a)図の基準信号a1
に基づいて(b)図のような三角波信号b1を作成し、ま
た(d)図の測定信号d1に基づいて(c)図のような矩
形波信号c1を作成する。そしてこれらの信号b1およびc1
を比較することにより基準信号a1と測定信号d1との間の
位相差を測定する。
a1から三角波信号b1を作成すれば、この信号b1の電圧は
基準信号a1のゼロクロス地点からの時間に比例する。そ
して、測定信号d1のゼロクロス地点、すなわち矩形波信
号c1の立上がりでこの三角波信号b1の電圧値を読み取る
ようにすれば、基準信号a1と測定信号d1との時間差、す
なわち位相差が測定できることになる。
したり、また測定信号d1に1周期以上追い越されたりす
ることがあるので、アップダウンカウンターを設けてこ
れらの追い越し回数、言い換えるとフリンジ数の差を計
数する。そしてこの計数値は例えば不図示の表示部の上
位桁として表示され、下位桁に上述の三角波信号b1と矩
形波信号c1とにより測定された1周期以内の位相差、言
い換えるとフリンジ内の位相差を表示する。
差測定装置は、基準信号に基づいた三角波信号を作成し
て測定を行なっている。ところが一般にこの種の装置に
は、1MHz以上の測定速度が要求されているが、その場合
精度の良い三角波信号を発生させることが困難となり、
それが位相差測定の精度を低下させるという問題があっ
た。第5図(a)は第29次高調波までを用いて発生させ
た三角波信号の図であり、理想の三角波信号からの偏差
を第5図(b)に示す。この図から三角波の頂点付近で
2〜3nmの誤差が生じており、ナノメートルオーダーの
測定に影響を与えていることがわかる。
の位相差測定装置において測定に用いる信号の精度を向
上させ、それにより、該装置の測定精度を向上させるこ
とを目的とする。
干渉計の参照干渉光と測定干渉光とをそれぞれ光電変換
して得られるほぼ正弦波状に変化する基準信号と測定信
号との位相差を測定するヘテロダイン干渉計用位相差測
定装置において、 前記基準信号から、互いに1/4周期ずれた2つの三角
波状信号を形成し、出力する信号出力手段3,5,7,9,10,1
3,14と、 前記2つの三角波状信号のそれぞれの頂点付近を除い
た直線部分を1/4周期毎に交互に合成した合成信号を出
力する合成信号出力手段8,11,12,15と、 前記測定信号からクロック信号を形成して出力するク
ロック信号出力手段4,6と、 前記クロック信号に同期して前記合成信号の電圧値を
読み取り、この読み取った電圧値によって前記基準信号
と前記測定信号とのフリンジ内位相差を算出して出力す
る演算手段16と、を有することを特徴とする。
は前記基準信号と前記測定信号とのフリンジ数の差を計
数するアップダウンカウンター18と、 前記演算手段から出力されるフリンジ内位相差信号と
前記アップダウンカウンターから出力される計数値とを
入力し、加算して位相差を得る加算手段19と、を更に備
える。
点付近に生じているので上述の手段によって2つの三角
波からそれぞれの直線性の良い部分を選択して合成する
ことにより誤差の少ない測定用信号が得られる。
第1図は本発明によるヘテロダイン干渉計用位相差測定
装置の一実施例の構成を示すブロック図である。はじめ
に第1図に基づいて本実施例の概略的構成を説明する。
ここでaは参照干渉光(基準干渉光)を、bは測定干渉
光を示す。1および2はフォトダイオードで、それぞれ
参照干渉光および測定干渉光を二乗検波して電気信号
(基準信号および測定信号)に変換する。3および4は
こうして得た正弦波状の基準信号および測定信号の電流
を電圧に変換する電流電圧変換回路、5および6は電流
電圧変換回路の出力信号を矩形波信号に変換するコンパ
レータ、7は5から出力された矩形波信号の立上がりエ
ッジに同期した1/2分周器、8は同じく立下がりエッジ
に同期した1/2分周器、9,10はそれぞれ1/2分周器7の出
力矩形波信号の立上がりエッジ及び立下がりエッジに同
期した1/2分周器、11は分周器9の出力信号に同期し
て、分周器8の出力信号のエッジの向きを検出するエッ
ジ検出回路、12はエッジ検出回路の出力信号に基づいて
分周器8の出力信号の論理を決定する論理決定回路、1
3,14はそれぞれ分周器9および10の出力信号を積分して
三角波信号を作成する積分回路、15は積分回路13,14の
2つの出力三角波信号の選択合成を行なうマルチプレク
サ、16はマルチプレクサ15から出力された合成信号と測
定信号から作成されたクロック信号を入力し、基準信号
と測定信号のフリンジ内の位相差を測定し、デジタル信
号に変換して出力する演算回路、17は前記三角波信号の
スロープの向きを判定する極性判定回路、18は基準信号
と測定信号のフリンジ数の差を計数するアップダウンカ
ウンター、19は演算回路16、極性判定回路17、アップダ
ウンカウンター18の出力に基づいて位相差の演算を行う
ディジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)である。
位相差測定装置の動作の詳細を説明する。
詳細タイミングチャートを第3図に示す。
て電流信号に変換し基準信号(第2図のa)とする。基
準信号は、さらに電流電圧変換回路3により電圧信号に
変換され、コンパレータ5により矩形波に変換する。
(第3図sig5)その矩形波信号の立上がりエッジに同期
して1/2分周器7により分周し(第3図sig7)、その後
その信号をさらに立上がり立下がりの各々のエッジに同
期して1/2分周器9,10により分周し、互いに1/4周期位相
のずれた2つの矩形波信号を発生する。(第3図sig9お
よびsig10)その各々の信号のDC成分を除去した後、そ
れらを積分回路13,14によって互いに1/4周期ずれた2つ
の三角波信号とする。(第3図sig13,sig14または第2
図b1,b2)こうして得た2つの三角波信号を、マルチプ
レクサ15において、それぞれの直線部分を選択して合成
信号を作成する。この2つの三角波信号の選択および合
成の仕方を、第3図のタイミングチャートを用いて述べ
る。選択のタイミングを決める信号は後述するsig12で
あり、それを作成するためにまずsig5の立下がりエッジ
に周期して1/2分周器8により1/2分周信号を発生させ
る。この1/2分周信号は、上記の矩形波信号sig9を基準
としてみた場合に、2通りの論理が考えられ、それを第
3図のsig8,sig8′で示す。それらの論理の切換え、言
い換えるとsig8,sig8′のいずれを選択用信号sig12とす
るかの決定は、sig9に基づいて行なう。このためにエッ
ジ検出回路11において、sig9の立上がり後の最初の分周
器8からの出力信号(sig8またはsig8′)のエッジの向
きを検出し、その向きが立上がりであれば、つまりそれ
はsig8であるのでそのまま三角波選択用信号sig12と
し、立下がりであれば、つまりそれは逆の論理を持つsi
g8′であるため、それを論理決定回路12のインバータに
よって反転させsig8にして三角波選択用信号sig12とす
る。つまり、このsig8′からsig8への反転はエッジ検出
回路11からの出力を受けて、論理決定回路12により行な
う。上記説明の通り、分周器8の出力からsig8′を排除
してsig8のみを三角波選択用信号sig12として使用する
ように構成する。マルチプレクサ15において、今得られ
た三角波選択用信号sig12のレベルが“H"のとき三角波
信号sig13を、“L"のとき、三角波信号sig14を選択して
合成信号を作成する。これによりそれぞれの三角波の直
線部分が選択されることになる。
られる。また一方で測定干渉光をフォトダイオード2に
より二乗検波して得られた測定信号(第2図のd)に基
づき、電流電圧変換回路4およびコンパレータ6を介し
て矩形波状のクロック信号(第2図のc)を作成し、こ
のクロック信号も演算回路16に入力する。そして演算回
路16において前記クロック信号に同期して前記合成信号
の電圧値を読み取り、ディジタル値に変換して位相差出
力としDSP19に送る。
が、合成信号の極性(スロープの向き)により正の場合
と負の場合がある。そこでDSP19において、極性判定回
路17からの情報により符号も含めた位相差(フリンジ内
位相差)を決定し、このフリンジ内位相差とアップダウ
ンカウンター18により計数されたフリンジ数の差とを加
算して位相差を算出する。
来の位相差測定装置に使用されていた三角波信号の誤差
の大きい頂点付近を除いた直線性の高い領域のみを用い
ているため、測定精度が向上している。また演算内容が
論理判定による極性反転と線形計算に限られているた
め、従来の装置と比較しても、演算速度の低下はほとん
どみられない。
定装置の一実施例の構成を示すブロック図 第2図は、第1図と同じ実施例における位相差測定の概
略的タイミングチャート 第3図は同じ実施例における位相差測定の詳細タイミン
グチャート 第4図は、従来技術によるヘテロダイン干渉計用位相差
測定装置の位相差測定用信号のタイミングを示す概略図 第5図(a)は従来技術によるヘテロダイン干渉計用位
相差測定装置において発生される三角波信号の波形を示
すグラフ 第5図(b)は第5図(a)の三角波信号の、理想的三
角波信号からの偏差を示すグラフである。 〔主要部分の符号の説明〕 信号出力手段……3,5,7,9,10,13,14 合成信号出力手段……8,11,12,15 クロック信号出力手段……4,6 演算手段……16 アップダウンカウンター……18 加算手段……19
Claims (2)
- 【請求項1】ヘテロダイン干渉計の参照干渉光と測定干
渉光とをそれぞれ光電変換して得られるほぼ正弦波状に
変化する基準信号と測定信号との位相差を測定するヘテ
ロダイン干渉計用位相差測定装置において、 前記基準信号から、互いに1/4周期ずれた2つの三角波
状信号を形成し、出力する信号出力手段と、 前記2つの三角波状信号のそれぞれの頂点付近を除いた
直線部分を1/4周期毎に交互に合成した合成信号を出力
する合成信号出力手段と、 前記測定信号からクロック信号を形成して出力するクロ
ック信号出力手段と、 前記クロック信号に同期して前記合成信号の電圧値を読
み取り、この読み取った電圧値によって前記基準信号と
前記測定信号とのフリンジ内位相差を算出して出力する
演算手段と、を有することを特徴とするヘテロダイン干
渉計用位相差測定装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の測定装置において、 前記基準信号と前記測定信号とのフリンジ数の差を計数
するアップダウンカウンターと、 前記演算手段から出力されるフリンジ内位相差信号と前
記アップダウンカウンターから出力される計数値とを入
力し、加算して位相差を得る加算手段と、を更に備える
ことを特徴とするヘテロダイン干渉計用位相差測定装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2206779A JP2946675B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | ヘテロダイン干渉計用高速位相差測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2206779A JP2946675B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | ヘテロダイン干渉計用高速位相差測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0493665A JPH0493665A (ja) | 1992-03-26 |
JP2946675B2 true JP2946675B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=16528949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2206779A Expired - Lifetime JP2946675B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | ヘテロダイン干渉計用高速位相差測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2946675B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017191804A1 (ja) | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 位相計測装置およびこの位相計測装置を適用した機器 |
US10270633B2 (en) | 2014-11-14 | 2019-04-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Phase measuring device and apparatuses using the phase measuring device |
-
1990
- 1990-08-06 JP JP2206779A patent/JP2946675B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10270633B2 (en) | 2014-11-14 | 2019-04-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Phase measuring device and apparatuses using the phase measuring device |
WO2017191804A1 (ja) | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 位相計測装置およびこの位相計測装置を適用した機器 |
US10634563B2 (en) | 2016-05-06 | 2020-04-28 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Phase measurement device and instrument in which phase measurement device is applied |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0493665A (ja) | 1992-03-26 |
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