JP3307723B2 - 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
- JP3307723B2 JP3307723B2 JP18511393A JP18511393A JP3307723B2 JP 3307723 B2 JP3307723 B2 JP 3307723B2 JP 18511393 A JP18511393 A JP 18511393A JP 18511393 A JP18511393 A JP 18511393A JP 3307723 B2 JP3307723 B2 JP 3307723B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase difference
- voltage
- photoconductive
- value
- signal
- 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
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Phase Differences (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Amplifiers (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
ＤＢＭ（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
ＤＢＭ（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ンプ、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ンプ、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）所定の周
波数を有する電気信号の波形を反映した電圧信号が印加
された光導電型受光器で所定の周波数を有する光信号を
受光し、（ｂ）電圧信号と光信号との積の値に応じて光
導電型受光器を流れる電流値の時間平均値を求める、こ
とにより、電圧信号と光信号との位相差を検出する、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）所定の周
波数を有する電気信号の波形を反映した電圧信号が印加
された光導電型受光器で所定の周波数を有する光信号を
受光し、（ｂ）電圧信号と光信号との積の値に応じて光
導電型受光器を流れる電流値の時間平均値を求める、こ
とにより、電圧信号と光信号との位相差を検出する、こ
とを特徴とする。
【０００６】ここで、電流値の時間平均値については、
（１）光導電型受光器を流れる電流値を電圧値に変換
し、電圧値の時間平均値を求める、ことを特徴としても
よい。また、光導電型受光器は、（１）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、（２）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。
（１）光導電型受光器を流れる電流値を電圧値に変換
し、電圧値の時間平均値を求める、ことを特徴としても
よい。また、光導電型受光器は、（１）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、（２）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。
【０００７】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）所定の周波数
を有する電圧信号が印加されて所定の周波数を有する光
信号を受光する光導電型受光素子と、（ｂ）電圧信号と
光信号との積の値に応じて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
流電圧変換回路から出力された電圧値の時間平均値を求
める時間平均回路と、を備え、時間平均値により、電圧
信号と光信号との位相差を検出する、ことを特徴とす
る。この位相差検出回路に、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、更に加えた
ことを特徴としてもよい。
差検出方法を実行する回路であり、（ａ）所定の周波数
を有する電圧信号が印加されて所定の周波数を有する光
信号を受光する光導電型受光素子と、（ｂ）電圧信号と
光信号との積の値に応じて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
流電圧変換回路から出力された電圧値の時間平均値を求
める時間平均回路と、を備え、時間平均値により、電圧
信号と光信号との位相差を検出する、ことを特徴とす
る。この位相差検出回路に、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、更に加えた
ことを特徴としてもよい。
【０００８】ここで、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
０Ｖ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。
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、光導電型受光素子を
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。
【０００９】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）所定の周波数
を有する光信号を受光する光導電型受光器と、（ｂ）所
定の周波数を有する電気信号を入力し、該電気信号の波
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）印加電圧と光信号との積の値に応じ
て光導電型受光器から出力される電流値の時間平均値を
求める時間平均手段と、を備え、時間平均値により、印
加電圧と光信号との位相差を検出する、ことを特徴とす
る。この位相差検出装置に、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、更に加えたことを
特徴としてもよい。
差検出回路を採用した装置であり、（ａ）所定の周波数
を有する光信号を受光する光導電型受光器と、（ｂ）所
定の周波数を有する電気信号を入力し、該電気信号の波
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）印加電圧と光信号との積の値に応じ
て光導電型受光器から出力される電流値の時間平均値を
求める時間平均手段と、を備え、時間平均値により、印
加電圧と光信号との位相差を検出する、ことを特徴とす
る。この位相差検出装置に、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、更に加えたことを
特徴としてもよい。
【００１０】ここで、光導電型受光器は、（１）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、（２）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。また、電圧供給手段は、電気信号と、電気信号
の所定の周波数よりも低い周波数を有する他の電気信号
とを入力し、電気信号を他の電気信号で位相変調して出
力することを特徴としてもよい。また、時間平均手段
は、光導電型受光器から出力される電流値を電圧値に変
換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力
される電圧値の時間平均値を求める電圧平均手段と、か
ら構成されることを特徴としてもよい。
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、（２）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。また、電圧供給手段は、電気信号と、電気信号
の所定の周波数よりも低い周波数を有する他の電気信号
とを入力し、電気信号を他の電気信号で位相変調して出
力することを特徴としてもよい。また、時間平均手段
は、光導電型受光器から出力される電流値を電圧値に変
換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力
される電圧値の時間平均値を求める電圧平均手段と、か
ら構成されることを特徴としてもよい。
【００１１】
【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を検出する。
【００１２】
【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。
【００１３】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）１３０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）１３０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。
【００１４】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−金属フォトディテクタ（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−金属フォトディテクタ（ＭＳＭ）などを
使用する。
【００１５】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。
【００１６】（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、
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】したがって、ローパスフィルタ１３０の位
相差出力（ＰＨＯ）の値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。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） …（８） となる。すなわち、位相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗ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≦２ｎ
π（ｎ：整数）となるようにすれば、位相差出力（ＰＨ
Ｏ）の値Ｗから位相差を検出することができる。
相差出力（ＰＨＯ）の値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。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） …（８） となる。すなわち、位相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗ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≦２ｎ
π（ｎ：整数）となるようにすれば、位相差出力（ＰＨ
Ｏ）の値Ｗから位相差を検出することができる。
【００２２】（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（０＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、 ＶI ＝Ａ・ｓｉｎωｔ …（９） ＩI ＝Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φ）＋Ｉ0 …（１０） 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（０＜ωｔ＜２π）内は位相差φ≦
πのとき、 ＶI ＝Ａ・ｓｉｎωｔ …（９） ＩI ＝Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φ）＋Ｉ0 …（１０） ここで、ω：角周波数 と表される。
【００２３】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） …（１１） 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） …（１１） となる。
【００２４】したがって、ローパスフィルタ１３０の位
相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗは、
相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗは、
【００２５】
【数３】
【００２６】となる。すなわち、位相差出力（ＰＨＯ）
の値Ｗ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、位相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗから位相差を検出
することができる。
の値Ｗ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、位相差出力（ＰＨＯ）の値Ｗから位相差を検出
することができる。
【００２７】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。
【００２８】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ローパス
フィルタ１３０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ローパス
フィルタ１３０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。
【００２９】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。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１１
０の特性を例示した図である。
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。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１１
０の特性を例示した図である。
【００３０】電流−電圧変換回路１２０は、演算増幅器
Ａ２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。
Ａ２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。
【００３１】ローパスフィルタ１３０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１３０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により、
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１３０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により、
位相差に応じた略直流電圧を出力する。
【００３２】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。
【００３３】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（ＰＨＯ）を出力する。この
直流電圧値は、上記の位相差検出方法で述べた位相差出
力の値Ｗに一致する。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。
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（ＰＨＯ）を出力する。この
直流電圧値は、上記の位相差検出方法で述べた位相差出
力の値Ｗに一致する。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。
【００３４】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の電流−電圧変換回路１２０およびロー
パスフィルタ１３０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の電流−電圧変換回路１２０およびロー
パスフィルタ１３０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。
【００３５】次いで、上記の位相差検出回路を使用した
位相差検出装置の実施例を説明する。
位相差検出装置の実施例を説明する。
【００３６】（位相差検出装置の第１実施例）図１２は
本発明の位相差検出装置の第１実施例の構成図である。
本実施例の装置では、図５、図７、または図８の位相差
検出回路を採用している。図示のようにこの装置は、図
１に示した基本構成に加えて、（ａ）電圧印加部２００
に入力する信号を選択する信号選択部４００と、（ｂ）
電流−電圧変換部１２０の交流出力（ＡＣＯ）から出力
された信号を入力し、直流成分を除去して出力するハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）１６０と、（ｃ）ハイパスフィ
ルタ１６０から出力された信号を入力し、波高値を測定
する波高値検出部１７０と、（ｄ）信号選択部４００へ
の選択指示を行う制御部３１０と、（ｅ）ローパスフィ
ルタ１３０の出力信号と波高値検出器１７０の出力信号
とを入力し、制御部３１０の選択指示に従って、正規化
された位相差信号と位相差の区間を示す区間信号とを出
力する演算部３２０と、（ｆ）正規化された位相差信号
と区間信号とを入力して、位相差に変換して位相差に対
して一意的な位相差出力を行う変換部３３０と、から構
成される。
本発明の位相差検出装置の第１実施例の構成図である。
本実施例の装置では、図５、図７、または図８の位相差
検出回路を採用している。図示のようにこの装置は、図
１に示した基本構成に加えて、（ａ）電圧印加部２００
に入力する信号を選択する信号選択部４００と、（ｂ）
電流−電圧変換部１２０の交流出力（ＡＣＯ）から出力
された信号を入力し、直流成分を除去して出力するハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）１６０と、（ｃ）ハイパスフィ
ルタ１６０から出力された信号を入力し、波高値を測定
する波高値検出部１７０と、（ｄ）信号選択部４００へ
の選択指示を行う制御部３１０と、（ｅ）ローパスフィ
ルタ１３０の出力信号と波高値検出器１７０の出力信号
とを入力し、制御部３１０の選択指示に従って、正規化
された位相差信号と位相差の区間を示す区間信号とを出
力する演算部３２０と、（ｆ）正規化された位相差信号
と区間信号とを入力して、位相差に変換して位相差に対
して一意的な位相差出力を行う変換部３３０と、から構
成される。
【００３７】ここで、信号選択部４００は、入力した
電気信号の位相をπ／２シフトする移相器４２０と、
入力した電気信号の波高値を測定する波高検知器４３０
と、制御部３１０の選択指示に従って、入力した電気
信号（選択１）、移相器４２０の出力信号（選択２）、
または波高検知器４３０の出力信号（選択３）のいずれ
か１つを選択して電圧印加部２００に入力するスイッチ
４１０と、から構成される。
電気信号の位相をπ／２シフトする移相器４２０と、
入力した電気信号の波高値を測定する波高検知器４３０
と、制御部３１０の選択指示に従って、入力した電気
信号（選択１）、移相器４２０の出力信号（選択２）、
または波高検知器４３０の出力信号（選択３）のいずれ
か１つを選択して電圧印加部２００に入力するスイッチ
４１０と、から構成される。
【００３８】この装置による位相差の検出は以下のよう
に実施される。
に実施される。
【００３９】［矩形波入力（図２参照）の場合］まず、
制御部３１０がスイッチ４１０と演算部３２０とに選択
３の選択指示を通知する。この設定時、ハイパスフィル
タ１６０の出力値は、 Ｖ＝（１／２）・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｃ−Ｂ） …（１３） であり、（７）式あるいは（８）式で示すＷ値の最大値
となる。演算部３２０は、このＶ値を入力して蓄積す
る。
制御部３１０がスイッチ４１０と演算部３２０とに選択
３の選択指示を通知する。この設定時、ハイパスフィル
タ１６０の出力値は、 Ｖ＝（１／２）・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ（Ｃ−Ｂ） …（１３） であり、（７）式あるいは（８）式で示すＷ値の最大値
となる。演算部３２０は、このＶ値を入力して蓄積す
る。
【００４０】次に、制御部３１０がスイッチ４１０と演
算部３２０とに選択１の選択指示を通知する。この設定
時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（７）式ある
いは（８）式に示すＷ値となる。演算部３２０は、この
Ｗ値を入力し、先のＶ値で除算して正規化された位相差
信号Ｕを出力する。図１３は、位相差φに対する位相差
信号Ｕの変化を示したグラフである。位相差信号Ｕは、
光導電型受光器１１０に入力する電圧信号の振幅値およ
び光信号の強度値に依存しないので、この位相差信号Ｕ
を使用すれば、光導電型受光器１１０に入力する電圧信
号の振幅値および光信号の強度値に依存しない位相差検
出が可能である。
算部３２０とに選択１の選択指示を通知する。この設定
時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（７）式ある
いは（８）式に示すＷ値となる。演算部３２０は、この
Ｗ値を入力し、先のＶ値で除算して正規化された位相差
信号Ｕを出力する。図１３は、位相差φに対する位相差
信号Ｕの変化を示したグラフである。位相差信号Ｕは、
光導電型受光器１１０に入力する電圧信号の振幅値およ
び光信号の強度値に依存しないので、この位相差信号Ｕ
を使用すれば、光導電型受光器１１０に入力する電圧信
号の振幅値および光信号の強度値に依存しない位相差検
出が可能である。
【００４１】以上のように、位相差の不定性が０〜πあ
るいはπ〜２πの範囲であれば、位相差信号Ｕの値から
一意的に位相差を求めることができる。
るいはπ〜２πの範囲であれば、位相差信号Ｕの値から
一意的に位相差を求めることができる。
【００４２】しかし、位相差の不定性が０〜２πの範囲
の場合には、図１３からも明らかなように、１つの位相
差信号Ｕの値に対して２つの位相差の値が候補となり、
以上の測定だけでは一意的に決定できない。この場合に
は、上記の測定に引き続き、制御部３１０がスイッチ４
１０と演算部３２０とに選択２の選択指示を通知する。
この設定時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、
（７）式あるいは（８）式に示すＷにおけるφを（φ＋
π／２）とした値となり、図１４に示すグラフの通りと
なる。このグラフからも明らかなように、位相差が０〜
πの範囲ではＷ値が正となり、位相差がπ〜２πの範囲
ではＷ値が負となる。演算部３２０はこのＷ値を入力し
てＷ値の正負を区間信号として出力する。変換部３３０
は、この正負情報と上記の位相差信号Ｕとを入力し、一
意的な位相差の値に変換して図１５に示すような位相差
出力信号を出力する。なお、区間信号の生成および変換
部３３０の動作は、位相差の不定性が０〜πあるいはπ
〜２πの範囲であっても適用可能である。
の場合には、図１３からも明らかなように、１つの位相
差信号Ｕの値に対して２つの位相差の値が候補となり、
以上の測定だけでは一意的に決定できない。この場合に
は、上記の測定に引き続き、制御部３１０がスイッチ４
１０と演算部３２０とに選択２の選択指示を通知する。
この設定時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、
（７）式あるいは（８）式に示すＷにおけるφを（φ＋
π／２）とした値となり、図１４に示すグラフの通りと
なる。このグラフからも明らかなように、位相差が０〜
πの範囲ではＷ値が正となり、位相差がπ〜２πの範囲
ではＷ値が負となる。演算部３２０はこのＷ値を入力し
てＷ値の正負を区間信号として出力する。変換部３３０
は、この正負情報と上記の位相差信号Ｕとを入力し、一
意的な位相差の値に変換して図１５に示すような位相差
出力信号を出力する。なお、区間信号の生成および変換
部３３０の動作は、位相差の不定性が０〜πあるいはπ
〜２πの範囲であっても適用可能である。
【００４３】［正弦波入力（図３参照）の場合］本実施
例の装置では、正弦波入力の場合も上記の矩形波入力の
場合と同様に位相差検出が可能である。
例の装置では、正弦波入力の場合も上記の矩形波入力の
場合と同様に位相差検出が可能である。
【００４４】すなわち、まず、制御部３１０がスイッチ
４１０と演算部３２０とに選択３の選択指示を通知す
る。この設定時、ハイパスフィルタ１６０の出力値は、 Ｖ＝（１／２）・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（１４） であり、（１２）式で示すＷ値の最大値となる。演算部
３２０は、このＶ値を入力して蓄積する。
４１０と演算部３２０とに選択３の選択指示を通知す
る。この設定時、ハイパスフィルタ１６０の出力値は、 Ｖ＝（１／２）・Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ａ・Ｂ …（１４） であり、（１２）式で示すＷ値の最大値となる。演算部
３２０は、このＶ値を入力して蓄積する。
【００４５】次に、制御部３１０がスイッチ４１０と演
算部３２０とに選択１の選択指示を通知する。この設定
時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（１２）式に
示すＷ値となる。演算部３２０は、このＷ値を入力し、
先のＶ値で除算して正規化された位相差信号Ｕを出力す
る。図１６は、位相差φに対する位相差信号Ｕの変化を
示したグラフである。位相差信号Ｕは、光導電型受光器
１１０に入力する電圧信号の振幅値および光信号の強度
値に依存しないので、この位相差信号Ｕを使用すれば、
光導電型受光器１１０に入力する電圧信号の振幅値およ
び光信号の強度値に依存しない位相差検出が可能であ
る。
算部３２０とに選択１の選択指示を通知する。この設定
時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（１２）式に
示すＷ値となる。演算部３２０は、このＷ値を入力し、
先のＶ値で除算して正規化された位相差信号Ｕを出力す
る。図１６は、位相差φに対する位相差信号Ｕの変化を
示したグラフである。位相差信号Ｕは、光導電型受光器
１１０に入力する電圧信号の振幅値および光信号の強度
値に依存しないので、この位相差信号Ｕを使用すれば、
光導電型受光器１１０に入力する電圧信号の振幅値およ
び光信号の強度値に依存しない位相差検出が可能であ
る。
【００４６】以上のように、位相差の不定性が０〜πあ
るいはπ〜２πの範囲であれば、位相差信号Ｕの値から
一意的に位相差を求めることができる。
るいはπ〜２πの範囲であれば、位相差信号Ｕの値から
一意的に位相差を求めることができる。
【００４７】しかし、位相差の不定性が０〜２πの範囲
の場合には、図１６からも明らかなように、１つの位相
差信号Ｕの値に対して２つの位相差の値が候補となり、
以上の測定だけでは一意的に決定できない。この場合に
は、上記の測定に引き続き、制御部３１０がスイッチ４
１０と演算部３２０とに選択２の選択指示を通知する。
この設定時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（１
２）式示すＷにおけるφを（φ＋π／２）とした値とな
り、図１７に示すグラフの通りとなる。このグラフから
も明らかなように、位相差が０〜πの範囲ではＷ値が正
となり、位相差がπ〜２πの範囲ではＷ値が負となる。
演算部３２０はこのＷ値を入力してＷ値の正負を区間信
号として出力する。変換部３３０は、この正負情報と上
記の位相差信号Ｕとを入力し、一意的な位相差の値に変
換して図１５に示すような位相差出力信号を出力する。
なお、正弦波入力の場合も矩形波入力の場合と同様に、
区間信号の生成および変換部３３０の動作は、位相差の
不定性が０〜πあるいはπ〜２πの範囲であっても適用
可能である。
の場合には、図１６からも明らかなように、１つの位相
差信号Ｕの値に対して２つの位相差の値が候補となり、
以上の測定だけでは一意的に決定できない。この場合に
は、上記の測定に引き続き、制御部３１０がスイッチ４
１０と演算部３２０とに選択２の選択指示を通知する。
この設定時、ローパスフィルタ１３０の出力値は、（１
２）式示すＷにおけるφを（φ＋π／２）とした値とな
り、図１７に示すグラフの通りとなる。このグラフから
も明らかなように、位相差が０〜πの範囲ではＷ値が正
となり、位相差がπ〜２πの範囲ではＷ値が負となる。
演算部３２０はこのＷ値を入力してＷ値の正負を区間信
号として出力する。変換部３３０は、この正負情報と上
記の位相差信号Ｕとを入力し、一意的な位相差の値に変
換して図１５に示すような位相差出力信号を出力する。
なお、正弦波入力の場合も矩形波入力の場合と同様に、
区間信号の生成および変換部３３０の動作は、位相差の
不定性が０〜πあるいはπ〜２πの範囲であっても適用
可能である。
【００４８】本実施例の装置によれば、上記の矩形波入
力あるいは正弦波入力に限らず、図４に示すような三角
波入力や台形波入力などの場合の同様に位相差検出が可
能である。
力あるいは正弦波入力に限らず、図４に示すような三角
波入力や台形波入力などの場合の同様に位相差検出が可
能である。
【００４９】（位相差検出装置の第２実施例）図１８は
本発明の位相差検出装置の第２実施例の構成図である。
この装置は、第１実施例の位相差検出装置の構成に、発
振器５１０と、電気信号と発振器５１０が出力する発振
信号とを入力し、発振信号で電気信号を位相変調した信
号を信号選択部４００へ出力する位相変調器５２０と、
を加えるとともに、ローパスフィルタ１３０を電流−電
圧変換部１２０の出力信号を発振器５１０が出力する発
振信号で同期検波する同期検波器１３１に置き換えて構
成される。ここで、同期検波器１３１は、ロックインア
ンプなどから構成される。
本発明の位相差検出装置の第２実施例の構成図である。
この装置は、第１実施例の位相差検出装置の構成に、発
振器５１０と、電気信号と発振器５１０が出力する発振
信号とを入力し、発振信号で電気信号を位相変調した信
号を信号選択部４００へ出力する位相変調器５２０と、
を加えるとともに、ローパスフィルタ１３０を電流−電
圧変換部１２０の出力信号を発振器５１０が出力する発
振信号で同期検波する同期検波器１３１に置き換えて構
成される。ここで、同期検波器１３１は、ロックインア
ンプなどから構成される。
【００５０】本装置は、同期検波器１３１における同期
検波による直流成分の抽出動作を除いて、第１実施例の
位相差検出装置と同様に動作して位相差を検出する。本
実施例の装置では、発振器５１０の発生する発振信号に
同期して位相差検出を行うので、Ｓ／Ｎの向上が可能で
ある。
検波による直流成分の抽出動作を除いて、第１実施例の
位相差検出装置と同様に動作して位相差を検出する。本
実施例の装置では、発振器５１０の発生する発振信号に
同期して位相差検出を行うので、Ｓ／Ｎの向上が可能で
ある。
【００５１】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、「吉田他：超高速シリコンスイッ
チ、応用物理、第５０巻、第５号、ｐｐ４８９〜４９
５」に示されるような諸材料（シリコン単結晶、Ｉｎ
Ｐ、アモルファスシリコンなど）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、Ｃｄ
Ｓセル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、「吉田他：超高速シリコンスイッ
チ、応用物理、第５０巻、第５号、ｐｐ４８９〜４９
５」に示されるような諸材料（シリコン単結晶、Ｉｎ
Ｐ、アモルファスシリコンなど）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、Ｃｄ
Ｓセルを用いることも可能である。
【００５２】
【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
算結果を時間平均した値を測定して位相差を検出するの
で、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
算結果を時間平均した値を測定して位相差を検出するの
で、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。
【００５３】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ので、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ので、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装置の第１実施例の構成
図である。
図である。
【図１３】矩形波入力時の正規化位相差信号の説明図で
ある。
ある。
【図１４】矩形波入力時の区間信号の生成の説明図であ
る。
る。
【図１５】位相差出力の説明図である。
【図１６】正弦波入力時の正規化位相差信号の説明図で
ある。
ある。
【図１７】正弦波入力時の区間信号の生成の説明図であ
る。
る。
【図１８】本発明の位相差検出装置の第２実施例の構成
図である。
図である。
１１０…光導電型受光器、１２０…電流−電圧変換部、
１３０…ローパスフィルタ、１３１…同期検波器、１４
０…バイアス調節部、１５０…フィルタ、１６０…ハイ
パスフィルタ、１７０…波高値検出器、２００…電圧印
加部、３１０…制御部、３２０…演算部、３３０…変換
部、４００…信号選択部、５１０…発振器、５２０…位
相変調器。
１３０…ローパスフィルタ、１３１…同期検波器、１４
０…バイアス調節部、１５０…フィルタ、１６０…ハイ
パスフィルタ、１７０…波高値検出器、２００…電圧印
加部、３１０…制御部、３２０…演算部、３３０…変換
部、４００…信号選択部、５１０…発振器、５２０…位
相変調器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 25/00 G01J 11/00 H01S 5/06 H04B 9/00
Claims (13)
- 【請求項１】 所定の周波数を有する電気信号の波形を
反映した電圧信号が印加された光導電型受光器で前記所
定の周波数を有する光信号を受光し、 前記電圧信号と前記光信号との積の値に応じて前記光導
電型受光器を流れる電流値の時間平均値を求める、 ことにより、前記電圧信号と前記光信号との位相差を検
出する、ことを特徴とする位相差検出方法。 - 【請求項２】 前記光導電型受光器を流れる前記電流値
を電圧値に変換し、前記電圧値の時間平均値を求める、 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
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４】 所定の周波数を有する電圧信号が印加さ
れて前記所定の周波数を有する光信号を受光する光導電
型受光素子と、 前記電圧信号と前記光信号との積の値に応じて前記光導
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、 前記電流電圧変換回路から出力された前記電圧値の時間
平均値を求める時間平均回路と、 を備え、前記時間平均値により、前記電圧信号と前記光
信号との位相差を検出する、ことを特徴とする位相差検
出回路。 - 【請求項５】 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４記載の位相差検出回路。 - 【請求項６】 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る、ことを特
徴とする請求項４または請求項５記載の位相差検出回
路。 - 【請求項７】 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
６記載の位相差検出回路。 - 【請求項８】 所定の周波数を有する光信号を受光する
光導電型受光器と、 前記所定の周波数を有する電気信号を入力し、該電気信
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、 前記印加電圧と前記光信号との積の値に応じて前記光導
電型受光器から出力される電流値の時間平均値を求める
時間平均手段と、 を備え、前記時間平均値により、前記印加電圧と前記光
信号との位相差を検出する、ことを特徴とする位相差検
出装置。 - 【請求項９】 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８記載の位相差検出装置。 - 【請求項１０】 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、 ことを特徴とする請求項８または請求項９記載の位相差
検出装置。 - 【請求項１１】 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１０記載の位相差検出装置。 - 【請求項１２】 前記電圧供給手段は、前記電気信号
と、前記電気信号の前記所定の周波数よりも低い周波数
を有する他の電気信号とを入力し、前記電気信号を前記
他の電気信号で位相変調して出力する、ことを特徴とす
る請求項８または９記載の位相差検出装置。 - 【請求項１３】 前記時間平均手段は、 前記光導電型受光器から出力される前記電流値を電圧値
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前記電圧値の時間
平均値を求める電圧平均手段と、 から構成されることを特徴とする請求項８または９記載
の位相差検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18511393A JP3307723B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 位相差検出方法、位相差検出回路、および位相差検出装置 |
| EP94305511A EP0636891B1 (en) | 1993-07-27 | 1994-07-26 | Phase difference detecting method, circuit and apparatus |
| DE69434050T DE69434050T2 (de) | 1993-07-27 | 1994-07-26 | Verfahren, Schaltung und Vorrichtung zur Phasendifferenzerfassung |
| US08/280,878 US5495100A (en) | 1993-07-27 | 1994-07-26 | Phase difference detecting method, circuit and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18511393A JP3307723B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 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 |
|---|---|
| JPH0743404A JPH0743404A (ja) | 1995-02-14 |
| JP3307723B2 true JP3307723B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=16165094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18511393A Expired - Fee Related JP3307723B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 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 (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5495100A (ja) |
| EP (1) | EP0636891B1 (ja) |
| JP (1) | JP3307723B2 (ja) |
| DE (1) | DE69434050T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3364333B2 (ja) * | 1994-09-19 | 2003-01-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 減衰特性測定装置 |
| SE511145C2 (sv) * | 1997-12-23 | 1999-08-09 | Ericsson Telefon Ab L M | Metod och anordning för detektering av fasskillnad |
| DE10131712B4 (de) * | 2001-06-29 | 2009-04-09 | Qimonda Ag | Elektronisches Bauelement, Testereinrichtung und Verfahren zur Kalibrierung einer Testereinrichtung |
| US7972472B2 (en) * | 2002-04-24 | 2011-07-05 | Sipix Imaging, Inc. | Process for forming a patterned thin film structure for in-mold decoration |
| JP2008076064A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Olympus Corp | 光学式エンコーダの信号処理回路 |
| US8115152B1 (en) | 2008-06-03 | 2012-02-14 | ADIC, Inc. | Method of operating a photoconductor in an imaging system, and read-out circuit employing an AC-biased photoconductor |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3875402A (en) * | 1963-01-23 | 1975-04-01 | Massachusetts Inst Technology | Photosensitive tracking device with A-C readout of position of image on special photocell |
| JPS60260872A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | 距離測定装置 |
| US4739383A (en) * | 1985-03-15 | 1988-04-19 | Exxon Research And Engineering Company | Optical detector and amplifier based on tandem semiconductor devices |
| JP2637476B2 (ja) * | 1988-06-17 | 1997-08-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
| US5117118A (en) * | 1988-10-19 | 1992-05-26 | Astex Co., Ltd. | Photoelectric switch using an integrated circuit with reduced interconnections |
| JPH0758801B2 (ja) * | 1989-06-08 | 1995-06-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 受光素子の電極設計方法およびその受光素子 |
| US4957362A (en) * | 1989-09-08 | 1990-09-18 | Environmental Research Institute Of Michigan | Method and apparatus for electro-optical phase detection |
| JP2742303B2 (ja) * | 1989-09-18 | 1998-04-22 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
| JPH0480974A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
| JPH0595131A (ja) * | 1991-08-02 | 1993-04-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
| FR2680248B1 (fr) * | 1991-08-09 | 1993-10-08 | Slimane Loualiche | Procede et systeme de mesure de signaux electrique a haute frequence par effet electro-optique. |
| EP0559274A3 (en) * | 1992-03-03 | 1994-06-29 | Philips Nv | Probe apparatus and method for measuring high-frequency signals |
| US5381230A (en) * | 1993-02-12 | 1995-01-10 | Honeywell Inc. | Emission source spectrum stabilizer |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18511393A patent/JP3307723B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-07-26 US US08/280,878 patent/US5495100A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-26 EP EP94305511A patent/EP0636891B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-26 DE DE69434050T patent/DE69434050T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0636891A3 (en) | 1996-03-20 |
| EP0636891B1 (en) | 2004-10-06 |
| DE69434050T2 (de) | 2006-02-23 |
| DE69434050D1 (de) | 2004-11-11 |
| JPH0743404A (ja) | 1995-02-14 |
| US5495100A (en) | 1996-02-27 |
| EP0636891A2 (en) | 1995-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3364333B2 (ja) | 減衰特性測定装置 | |
| JP3441169B2 (ja) | 同期型信号検出装置 | |
| Voges et al. | Optical phase and amplitude measurement by single sideband homodyne detection | |
| 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 | |
| CN113504415A (zh) | 一种里德堡原子微波鉴相器系统及其相位测量方法 | |
| CA2028943C (en) | Fiber optic gyro | |
| US5477134A (en) | Voltage sensor for use in optical power transformer including a pair of Pockels cells | |
| JPS63100381A (ja) | 位相検出装置 | |
| 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 | |
| EP0704707A1 (en) | Voltage measurement system | |
| Mastner et al. | Electronic instrumentation for heterodyne holographic interferometry | |
| CA2061772C (en) | Synchronous detector | |
| 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 | |
| JPH0961526A (ja) | 光波距離計測装置 | |
| CN113225126B (zh) | 一种相位调制器的测试系统及测量方法 | |
| RU2023272C1 (ru) | Цифровой измеритель фазовых флюктуаций | |
| RU2096828C1 (ru) | Способ определения отношения значений амплитуд гармонических сигналов | |
| JPS61139766A (ja) | アバランシエホトダイオ−ドの増倍暗電流測定装置 | |
| RU2060549C1 (ru) | Устройство для вычисления тригонометрических функций | |
| JP2023029081A (ja) | 測定装置および測定方法 | |
| RU2527141C1 (ru) | Способ расширения диапазона измерения угловых скоростей волоконно-оптического гироскопа с закрытыми контурами обратной связи | |
| JP2024030561A (ja) | 計測システム及び計測方法 | |
| SU1246011A1 (ru) | Устройство дл бесконтактного измерени силы тока | |
| SU213978A1 (ru) | Способ измерения малых разностей фаз двух синусоидальных напряжений |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080517 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090517 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100517 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110517 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |