JP3937370B2 - 変位測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を測定対象物に照射してこの測定対象物の変位量を測定する変位測定装置に関し、特に、基準ミラーと測定対象物とに照射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリア信号により光変調し、これらの反射光を干渉させて得られる干渉信号に基づき、測定対象物の変位量を測定する変位測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、物体の振動や移動位置を非接触で検出するために、レーザ干渉技術を利用した変位測定装置が知られている。このようなレーザ干渉技術を利用した変位測定装置として、フリンジカウント方式の変位測定装置が一般に用いられている。
【0003】
図6に、フリンジカウント方式の従来の変位測定装置のブロック構成図を示す。
【0004】
この図6に示すように、従来の変位測定装置100は、測定対象物101にレーザ光を照射して、この測定対象物101の変位成分が変調されたRF信号を出力するプローブ102と、このRF信号をIF信号に変換するミキサ回路103と、このIF信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ(以下、単にBPFと呼ぶ。)104と、BPF104によりフィルタリングされたIF信号のフリンジ成分を検出するフリンジ検出回路105と、検出されたフリンジ成分をカウントして、デジタルの変位信号を出力するアップダウンカウンタ(以下、単にU/Dカウンタと呼ぶ。)106と、U/Dカウンタ106から出力されるデジタル変位信号をアナログ信号に変換して、アナログの変位信号を出力するデジタル/アナログコンバータ(以下、単に、D/Aコンバータと呼ぶ。)107と、キャリア信号を出力するキャリアオシレータ(以下、単に、キャリアOSCと呼ぶ。)108と、キャリア信号に基づきローカルキャリア信号を出力するローカルオシレータ(以下、単に、ローカルOSCと呼ぶ。)109とを備えている。
【0005】
上記プローブ102は、レーザ光を出射するレーザダイオード111,レーザ光の分離及び合成を行うビームスプリッタ112,基準ミラー113,及びレーザ光を光変調する光変調器114からなり基準ミラー113からの反射光と測定対象物101からの反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系110と、この干渉光を受光して光電変換をするフォトディテクタ115とを有している。
【0006】
レーザダイオード111は、所定の波長のレーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ112により、2本のビームのレーザ光に分離される。一方のレーザ光は、プローブ102内に固定された基準ミラー113に照射され、他方のレーザ光は、光変調器114を介して測定対象物101に照射される。光変調器114は、測定対象物101に照射されるレーザ光を、キャリアOSC108から供給されるキャリア信号により光変調する。
【0007】
ビームスプリッタ112は、測定対象物101からの反射光と、基準ミラー113からの反射光とを合成して、干渉光を生成する。フォトディテクタ115は、このビームスプリッタ112により生成された干渉光を検出して、光電変換をする。
【0008】
このようなプローブ102では、測定対象物101の変位量に比例した変調成分がキャリア信号に変調されたRF信号を、フォトディテクタ115から出力する。
【0009】
ミキサ回路103には、プローブ102からRF信号が供給される。ミキサ回路103は、ローカルOSC109から供給されるローカルキャリア信号に基づき、RF信号を中間周波数帯のIF信号に変換する。
【0010】
BPF104には、ミキサ回路103からIF信号が供給される。BPF104は、所定の帯域成分のフィルタリングを行う。
【0011】
フリンジ検出回路105には、BPF104からフィルタリングがされたIF信号が供給される。フリンジ検出回路105は、キャリアOSC108から供給されるキャリア信号に基づきIF信号のフリンジ成分を検出する。すなわち、フリンジ検出回路105は、基準ミラー113からの反射光と測定対象物101からの反射光との干渉光の干渉縞フリンジ成分を検出する。
【0012】
U/Dカウンタ106は、フリンジ検出回路105により検出された干渉縞フリンジ成分をアップダウンカウントする。このU/Dカウンタ106では、干渉縞フリンジ成分をアップダウンカウントすることにより、測定対象物101の変位量を検出することができ、この検出結果をデジタル変位信号として出力する。
【0013】
また、D/Aコンバータ107は、デジタル変位信号をアナログ信号に変換して、アナログ変位信号を出力する。
【0014】
以上のような構成のフリンジカウント方式の従来の変位測定装置100の動作について説明する。
【0015】
基準ミラー113が測定対象物101内に固定されていることから、ビームスプリッタ112と基準ミラー113との距離l1は変動しない。一方、測定対象物101がレーザ光の照射方向に平行に移動することから、ビームスプリッタ112と測定対象物101との距離l2は変動する。
【0016】
ここで、干渉光学系110に光変調器114が設けられていない場合、以下のような干渉光が生成される。例えば、距離l1と距離l2との光路差が無い場合には、基準ミラー113からの反射光と測定対象物101からの反射光との位相が合っているため、干渉光は明るくなる。また、測定対象物101が移動して、距離l1と距離l2との光路差がλ/2(λは、レーザ光の波長)となった場合には、基準ミラー113からの反射光と測定対象物101からの反射光と逆位相となり、干渉光は暗くなる。従って、干渉光学系110に光変調器114が設けられていない場合には、測定対象物101がλ/2移動するごとに明暗の干渉縞が生じる干渉光が生成される。
【0017】
これに対して干渉光学系110に光変調器114が設けられている従来の変位測定装置100では、この光変調器114がレーザ光を変調している。そのため、この従来の変位測定装置100により生成される干渉光は、距離l1と距離l2との光路差が無い場合でも、その変調周波数に応じた明暗の干渉縞が生じる。また、この干渉光の干渉縞は、距離l1と距離l2との光路差が変化した場合には該光路差に応じて変化する。
【0018】
従って、この従来の変位測定装置100では、測定対象物101が移動することにより、変調周波数に応じた明暗の干渉縞が変化する干渉光を生成することができる。
【0019】
従来の変位測定装置100では、このような干渉光をフォトディテクタ115で検出したのち、フリンジ検出回路105によりこの干渉光の干渉縞をカウントして、測定対象物101の移動量を検出している。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フリンジカウント方式の従来の変位測定装置では、干渉光の干渉縞をカウントするため、その分解能がレーザ光の波長に依存していた。そのため、この変位測定装置では、測定対象物101の変位をより高い分解能で検出することは困難であった。
【0021】
本発明の目的は、高い分解能で測定対象物の変位を検出することができるレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提供することにある。
【0022】
また、本発明の目的は、測定対象物の位置に関係なく、検出出力をゼロリセットとすることができるレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、基準ミラーと測定対象物とにレーザ光を照射するレーザ光源と、基準ミラーと測定対象物とに照射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリア信号により光変調する光変調器とを有し、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系と、上記干渉光を受光して干渉信号を検出する受光素子と、上記キャリア信号に基づき上記干渉信号を位相復調して、上記測定対象物の変位量を検出する変位検出手段とを備える変位測定装置において、所定の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生成する干渉信号分周手段と、出力周波数が上記分周干渉信号の中心周波数と同一となるような分周率で、上記キャリア信号を分周して、分周キャリア信号を生成するキャリア信号分周手段と、上記キャリア信号分周手段に供給するリセット信号を、上記分周干渉信号に同期化させるリセット信号同期手段とを備え、上記キャリア信号分周手段は、上記干渉信号に同期化されたリセット信号が供給されたタイミングで、上記変位検出手段による位相復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記変位検出手段は、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調することを特徴とする。
【0024】
この変位測定装置では、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光を電気信号に変換した干渉信号を位相復調し、測定対象物の変位量を検出するにあたり、所定の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生成するとともに、上記干渉信号に同期されたリセット信号が供給されたタイミングで、位相復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調する。
【0027】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第1の実施の形態の変位測定装置について説明する。
【0028】
図1に、本発明の第1の実施の形態の変位測定装置のブロック構成図を示す。
【0029】
この図1に示すように変位測定装置1は、測定対象物2にレーザ光を照射して、この測定対象物2の変位成分が変調されたRF信号を出力するプローブ3と、このRF信号をIF信号に変換するミキサ回路4と、このIF信号をフィルタリングするBPF5と、BPF5によりフィルタリングされたIF信号(以下、BPF5によりフィルタリングされたIF信号を干渉信号とする。)の例えば立ち上がりエッジをカウントして分周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ6と、キャリア信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する逓倍回路7と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリアカウンタ8と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信号を位相復調して、測定対象物2の変位を表す変位信号を出力する位相復調回路9と、キャリア信号を出力するキャリアOSC10と、キャリア信号に基づきローカルキャリア信号を出力するローカルOSC11とを備えている。
【0030】
上記プローブ3は、レーザ光を出射するレーザダイオード13,レーザ光の分離及び合成を行うビームスプリッタ14,基準ミラー15,及びレーザ光を光変調する光変調器16からなり基準ミラー15からの反射光と測定対象物2からの反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系12と、この干渉光を受光して光電変換をするフォトダイオード17とを有している。
【0031】
レーザダイオード13は、所定の波長のレーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ14により、2本のビームのレーザ光に分離される。一方のレーザ光は、プローブ3内に固定された基準ミラー15に照射され、他方のレーザ光は、光変調器16を介して測定対象物2に照射される。光変調器16は、測定対象物2に照射されるレーザ光を、キャリアOSC10から供給されるキャリア信号により光変調する。
【0032】
ビームスプリッタ14は、測定対象物2からの反射光と、基準ミラー15からの反射光とを合成して、干渉光を生成する。フォトディテクタ17は、このビームスプリッタ14により生成された干渉光を検出して、光電変換をする。
【0033】
以上のような構成のプローブ3による干渉光の生成動作を以下に説明する。
【0034】
基準ミラー15が測定対象物2内に固定されていることから、ビームスプリッタ14と基準ミラー15との距離l1は変動しない。一方、測定対象物2がレーザ光の照射方向に平行に移動することから、ビームスプリッタ14と測定対象物2との距離l2は変動する。
【0035】
ここで、干渉光学系12に光変調器16が設けられていない場合、以下のような干渉光が生成される。例えば、距離l1と距離l2との光路差が無い場合には、基準ミラー15からの反射光と測定対象物2からの反射光との位相が合っているため、干渉光は明るくなる。また、測定対象物2が移動して、距離l1と距離l2との光路差がλ/2(λは、レーザ光の波長)となった場合には、基準ミラー15からの反射光と測定対象物2からの反射光と逆位相となり、干渉光は暗くなる。従って、干渉光学系12に光変調器16が設けられていない場合には、測定対象物2がλ/2移動するごとに明暗の干渉縞が生じる干渉光が生成される。
【0036】
これに対して干渉光学系12に光変調器16が設けられているプローブ3では、この光変調器16がレーザ光を位相変調している。そのため、プローブ3により生成される干渉光は、距離l1と距離l2との光路差が無い場合でも、その変調周波数に応じた明暗の干渉縞が生じる。また、この干渉光の干渉縞は、距離l1と距離l2との光路差が変化した場合には該光路差に応じて変化する。
【0037】
従って、このプローブ3では、測定対象物2が移動することにより、変調周波数に応じた明暗の干渉縞が変化する干渉光を生成することができる。
【0038】
以上のようにプローブ3では、このように生成された干渉光をフォトディテクタ17により検出して、測定対象物2の変位量に比例した変調成分がキャリア信号に変調されたRF信号を出力する。
【0039】
ミキサ回路4には、プローブ3からRF信号が供給される。ミキサ回路4は、ローカルOSC11から供給されるローカルキャリア信号に基づき、RF信号を中間周波数帯のIF信号に変換している。
【0040】
BPF5には、ミキサ回路4からIF信号が供給される。BPF5は、所定の帯域成分のフィルタリングを行う。なお、上述したように、このBPF5にフィルタリングされたIF信号を干渉信号とする。
【0041】
干渉信号カウンタ6には、BPF5から干渉信号が供給される。干渉信号カウンタ6は、干渉信号の例えば立ち上がりエッジをカウントする2n進の加算カウンタとして構成されている。干渉信号カウンタ6は、その最上位桁(MSB)から出力されるパルスを分周干渉信号として出力する。すなわち、この干渉信号カウンタ6は、干渉信号を所定の分周率で分周する分周回路として機能している。
【0042】
逓倍回路7には、キャリアOSC10からキャリア信号が供給される。逓倍回路7は、例えばPLL回路等で構成され、このキャリア信号の周波数を所定の割合で逓倍した逓倍キャリア信号を生成する。
【0043】
キャリアカウンタ8には、逓倍回路7から逓倍キャリア信号が供給される。キャリアカウンタ8は、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエッジをカウントする2n進の加算カウンタとして構成されている。キャリアカウンタ8は、その最上位桁(MSB)から出力されるパルスを分周キャリア信号として出力する。すなわち、このキャリアカウンタ8は、逓倍キャリア信号を所定の分周率で分周する分周回路として機能している。
【0044】
ここで、測定対象物2の変位成分が変調されている分周干渉信号の中心周波数と、分周キャリア信号の周波数とが同一となるように、干渉信号カウンタ6の分周率と、逓倍回路7の逓倍率と、キャリアカウンタ8の分周率とが設定されている。
【0045】
例えば、キャリア信号の周波数が4MHzであり、干渉信号の周波数が2MHzであった場合、干渉信号カウンタ6を3ビットの8進カウンタにより構成し、逓倍回路7を16逓倍回路により構成し、キャリアカウンタ8を8ビットの256進カウンタに構成することができる。この場合、分周干渉信号の中心周波数と、分周キャリア信号の周波数とをともに250kHzとすることがきる。
【0046】
位相復調回路9には、分周キャリア信号と分周干渉信号とが供給される。位相復調回路9は、分周キャリア信号を基準信号として、分周干渉信号を位相復調する。位相復調回路9は、分周干渉信号を位相復調した結果得られる変位信号を、測定対象物2の移動量の測定結果として出力する。
【0047】
図2に、干渉信号カウンタ6,キャリアカウンタ8,位相復調回路9の回路構成例を示す。
【0048】
干渉信号カウンタ6には、例えば、2MHzの干渉信号が供給される。この干渉信号カウンタ6は、3ビット8進のカウンタで構成され、その最上位桁Q2から250kHzの分周干渉信号を出力する。すなわち、干渉信号カウンタ6は、2MHzの干渉信号を、1/8分周する。
【0049】
キャリアカウンタ8には、例えば、64MHzの逓倍キャリア信号が供給される。このキャリアカウンタ8は、8ビット256進のカウンタで構成され、その最上位桁Q7から250kHzの分周キャリア信号を出力する。すなわち、キャリアカウンタ8は、64MHzの干渉信号を、1/256分周する。
【0050】
位相復調回路9は、分周干渉信号の立ち上がりエッジを検出する第1のエッジ検出回路21と、分周キャリア信号の立ち上がりエッジを検出する第2のエッジ検出回路22と、セット入力端子(SET)及びリセット入力端子(RST)を有するDフリップフロップ回路23と、ローパスフィルタ24とから構成される。
【0051】
第1のエッジ検出回路21は、分周干渉信号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわゆるモノマルチバイブレータとして機能する。この第1のエッジ検出回路21の出力は、Dフリップフロップ回路23のセット入力端子(SET)に供給される。
【0052】
第2のエッジ検出回路22は、分周キャリア信号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわゆるモノマルチバイブレータとして機能する。第2のエッジ検出回路22の出力は、Dフリップフロップ回路23のリセット入力端子(RST)に供給される。
【0053】
Dフリップフロップ回路23は、クロック端子及び入力端子(D)がともにVCCにプルアップされている。従って、Dフリップフロップ回路23の出力(Q)は、セット入力端子(SET)にパルスが入力されてからリセット入力端子(RST)にパルスが入力されるまでの間ハイとなっている。すなわち、この出力がハイとなっている間の時間が、測定対象物2の変位成分を示している。
【0054】
ローパスフィルタ24は、Dフリップフロップ回路23の出力信号からキャリア信号等の高周波成分を除去した変位信号を出力する。
【0055】
なお、位相復調回路9では、セットリセット機能を有するフリップフロップであれば、上記Dフリップフロップ回路23に変えて他のフリップフロップを用いても良い。また、上記Dフリップフロップ回路23がエッジトリガタイプの回路であれば、上記第1のエッジ検出回路21及び第2のエッジ検出回路22を用いなくても良い。
【0056】
このようなDフリップフロップ回路23を用いた構成の位相復調回路9では、分周干渉信号と分周キャリア信号との位相差が180度となった場合に零となる変位信号を出力する。また、出力する変位信号のダイナミックレンジは、180度を中心として、±180度となっている。
【0057】
また、位相復調回路9は、上述した第1のエッジ検出回路21,第2のエッジ検出回路22,及びDフリップフロップ回路23から構成されるものにかえて、例えば、図2中破線で示すような分周干渉信号と分周キャリア信号とが一致した際に出力がハイとなるEX−OR回路25を用いて、測定対象物2の変位成分を検出するようにしてもよい。
【0058】
このようなEX−OR回路25を用いた構成の位相復調回路9では、分周干渉信号と分周キャリア信号との位相差が90度又は270度となった場合に出力が零となる変位信号を出力する。また、この場合には、出力する変位信号のダイナミックレンジは、±90度となっている。
【0059】
以上のように変位測定装置1では、測定対象物2の変位成分が変調された干渉信号を、位相復調回路9により位相復調することによって、この測定対象物2の変位成分を示す変位信号を出力することができる。この変位信号は、測定対象物2の変位量に対してリニアに変動する信号である。このため、変位測定装置1では、従来のフリンジカウント方式の変位測定装置と比較して、非常に高い分解能でこの測定対象物2の変位を測定することができる。
【0060】
つぎに、本発明の第2の実施の形態の変位測定装置について説明する。
【0061】
図3に、本発明の第2の実施の形態の変位測定装置のブロック構成図を示す。なお、この第2の実施の形態の変位測定装置を説明するにあたって、上記第1の実施の形態の変位測定装置1と同一の構成については、図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省略する。
【0062】
図3に示すように、変位測定装置30は、測定対象物2にレーザ光を照射して、この測定対象物2の変位成分が変調されたRF信号を出力するプローブ3と、このRF信号をIF信号に変換するミキサ回路4と、このIF信号をフィルタリングするBPF5と、BPF5によりフィルタリングされたIF信号(以下、BPF5によりフィルタリングされたIF信号を干渉信号とする。)の例えば立ち上がりエッジをカウントして分周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ6と、キャリア信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する逓倍回路7と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリアカウンタ8と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信号を位相復調して、測定対象物2の変位を表す変位信号を出力する位相復調回路9と、キャリア信号を出力するキャリアOSC10と、キャリア信号に基づきローカルキャリア信号を出力するローカルOSC11と、リセット信号を分周干渉信号に同期させてロードパルスを生成し、このロードパルスをキャリアカウンタ8に供給する同期回路31とを備えている。
【0063】
同期回路31には、ユーザがリセットボタン等を押すことにより、リセット信号が供給される。同期回路31は、このリセット信号を干渉信号カウンタ6から出力される分周干渉信号に同期させる。例えば、同期回路31は、分周干渉信号の立ち上がりエッジにリセット信号を同期化させる。そして、この同期回路31は、分周干渉信号に同期化させたリセット信号を微分したロードパルスを生成する。このロードパルスは、キャリアカウンタ8に供給される。
【0064】
図4に、第2の実施の形態の変位測定装置30における干渉信号カウンタ6,キャリアカウンタ8,位相復調回路9の回路構成例を示す。
【0065】
上記同期回路31で生成されたロードパルスは、キャリアカウンタ8に設けられたロード端子(LOAD)に供給される。キャリアカウンタ8では、このロード端子(LOAD)にロードパルスが供給されると、予めラッチしてあるロードデータ(D0〜D7)を、出力データとして出力端子(Q0〜Q7)にロードする。従って、このキャリアカウンタ8では、ロードパルスが供給されると、その出力データがクリアされて、新たなロードデータを出力することとなる。
【0066】
ここで、このキャリアカウンタ8は、位相復調回路9から出力される変位信号が零となるようなデータを、ロードデータとして予めラッチしておく。すなわち、キャリアカウンタ8は、位相復調回路9により出力される変位信号が零となるように、分周干渉信号に対して所定の位相差をもったデータをロードデータとしてラッチしておく。
【0067】
このロードデータは、位相復調回路9の復調方式によって異なるものである。例えば、上述したDフリップフロップ回路23を用いた回路であれば、分周干渉信号と分周キャリア信号との位相差が180度の場合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャリアカウンタ8が、8ビットの256進のカウンタであれば、ロードデータとして、0(2進数であれば00000000)を予めラッチしておく。また、上述したEX−OR回路25を用いた回路であれば、分周干渉信号と分周キャリア信号との位相差が90度或いは270度の場合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャリアカウンタ8が、8ビットの256進のカウンタであれば、ロードデータとして、64或いは192(2進数であれば01000000,11000000)を予めラッチしておく。
【0068】
図5に、変位測定装置30の各信号のタイムチャートを示す。
【0069】
まず、例えば、分周干渉信号と分周キャリア信号に所定の位相差が生じており、変位信号が零となっていないとする(時刻t-2)。ここで、リセット信号が供給されると(時刻t-1と時刻t0との間)、このリセット信号が分周干渉信号の立ち上がりエッジに同期化される(時刻t0)。そして、この分周干渉信号に同期化されたリセット信号が微分され、ロードパルスが生成される。
【0070】
このロードパルスがキャリアカウンタ8に供給されると(時刻t0)、このキャリアカウンタ8からロードデータが出力され、その最上位桁(MSB)から出力される分周キャリア信号が変動する。このとき、位相復調回路9がDフリップフロップ回路23を用いた回路であれば、分周干渉信号に対して位相が180度ずれた分周キャリア信号が出力される。この位相が180度ずれた分周干渉信号が供給されると、変位信号の出力は零となる。
【0071】
以上のような変位測定装置30では、同期回路31が、リセット信号を分周干渉信号に同期化したロードパルスを生成し、キャリアカウンタ8がこのロードパルスが供給されたタイミングで、ロードデータを出力するので、測定対象物2の位置に関係なく、変位信号を零とすることができる。
【0072】
そのため、変位測定装置30では、測定対象物2を任意の位置で固定して、この固定値を基準とした測定対象物2の変位量を測定することができる。
【0073】
なお、上記変位測定装置30のキャリアカウンタ8にロードされるロードデータは、この実施の形態では変位信号の出力が零となるような値としているが、本発明では、このロードデータの値は限定されない。例えば、本発明では、変位信号の出力が所定のオフセットを有するように任意の値のロードデータをロードしても良い。このような場合、測定対象物2の基準位置における変位信号の値をユーザが任意に設定することができ、操作性を向上させることができる。
【0074】
また、以上本発明の実施の形態として、プローブ3から検出されたRF信号をIF信号に変換して処理を行う変位測定装置1及び変位測定装置30について説明したが、本発明はこのようなものに限られず、プローブ3から出力されるRF信号を干渉信号カウンタ6により直接カウントする構成としても良い。また、以上本発明の実施の形態として、キャリア信号を逓倍回路7により逓倍化した後キャリアカウンタ8により分周する処理を行う変位測定装置1及び変位測定装置30について説明したが、本発明はこのようなものに限られず、キャリア信号をキャリアカウンタ8により直接カウントする構成としても良い。すなわち、本発明では、干渉信号カウンタ6から出力される分周干渉信号の中心周波数と、キャリアカウンタ8から出力される分周キャリア信号の周波数とが同一であれば、分周率や逓倍率は、限定されない。
【0075】
また、以上本発明の実施の形態として、レーザダイオード13をレーザ光源として用いている変位測定装置1及び変位測定装置30について説明したが、本発明はこのようなものに限られず、レーザ光源として例えばヘリウムネオンレーザを用いることもできる。また、レーザダイオードやヘリウムネオンレーザから供給されるレーザ光を、光ファイバー等で伝送して、測定対象物2等に出射しても良い。
【0076】
また、以上本発明の実施の形態として、ビームスプリッタ14と測定対象物2との間のレーザ光の往路側に、光変調器16を配置した変位測定装置1及び変位測定装置30について説明したが、本発明はこのようなものに限られない。例えば、光変調器16を配置する位置は、ビームスプリッタ14と測定対象物2との間のレーザ光の復路側、或いは、ビームスプリッタ14と基準ミラー15との間のレーザ光の往路側又はその復路側としてもよい。また、測定対象物2側或いは基準ミラー15側の往復路両側に配置しても良い。
【0077】
【発明の効果】
本発明に係る変位測定装置では、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光を電気信号に変換して、その信号をキャリア信号に基づき位相復調し、測定対象物の変位量を検出するにあたり、所定の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生成するとともに、上記干渉信号に同期されたリセット信号が供給されたタイミングで、位相復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調するので、高い分解能で測定対象物の変位を検出することができ、しかも、測定対象物の位置に関係なく、検出出力をゼロリセット又はオフセットすることができ、操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の変位測定装置のブロック構成図である。
【図2】上記変位測定装置の干渉信号カウンタ,キャリアカウンタ,位相復調回路のブロック構成図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の変位測定装置のブロック構成図である。
【図4】上記変位測定装置の干渉信号カウンタ,キャリアカウンタ,位相復調回路のブロック構成図である。
【図5】上記変位測定装置のリセットのタイミングを説明するためのタイムチャートである。
【図6】従来の変位測定装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
1,30 変位測定装置、2 測定対象物、3 プローブ、6 干渉信号カウンタ、8 キャリアカウンタ、9 位相復調回路、10 キャリアオシレータ、11 ローカルオシレータ、12 干渉光学系、13 レーザダイオード、14ビームスプリッタ、15 基準ミラー、16 光変調器、17 フォトダイオード、31 同期回路
Claims (1)
- 基準ミラーと測定対象物とにレーザ光を照射するレーザ光源と、基準ミラーと測定対象物とに照射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリア信号により光変調する光変調器とを有し、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系と、上記干渉光を受光して干渉信号を検出する受光素子と、上記キャリア信号に基づき上記干渉信号を位相復調して、上記測定対象物の変位量を検出する変位検出手段とを備える変位測定装置において、
所定の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生成する干渉信号分周手段と、
出力周波数が上記分周干渉信号の中心周波数と同一となるような分周率で、上記キャリア信号を分周して、分周キャリア信号を生成するキャリア信号分周手段と、上記キャリア信号分周手段に供給するリセット信号を、上記分周干渉信号に同期化させるリセット信号同期手段とを備え、
上記キャリア信号分周手段は、上記干渉信号に同期化されたリセット信号が供給されたタイミングで、上記変位検出手段による位相復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記変位検出手段は、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調することを特徴とする変位測定装置。
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