JPH01185476A - Laser length measuring apparatus - Google Patents
Laser length measuring apparatusInfo
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- JPH01185476A JPH01185476A JP63010462A JP1046288A JPH01185476A JP H01185476 A JPH01185476 A JP H01185476A JP 63010462 A JP63010462 A JP 63010462A JP 1046288 A JP1046288 A JP 1046288A JP H01185476 A JPH01185476 A JP H01185476A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、周波数の僅かに異なる2つの光波による光へ
、テロダイン干渉により長さ測定を行なうレーザ測長装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a laser length measuring device that measures the length of two light waves having slightly different frequencies by terodyne interference.
2周波レーザを用いた光ヘテロダイン干渉法の原理と、
時間計測法による変位測定について第3図を参照して説
明する。The principle of optical heterodyne interferometry using a two-frequency laser,
Displacement measurement using the time measurement method will be explained with reference to FIG.
三周波レーザ光源りから放射されたレーザ光は、偏光面
が直交し、わずかに周波数が異なったレーザ光f、、f
2からなる。レーザ光fl。Laser light emitted from a three-frequency laser light source is laser light f, , f with orthogonal polarization planes and slightly different frequencies.
Consists of 2. Laser light fl.
f2はビームスプリッタBSにより分岐され、光電変換
器PD、によりミキシング検波され基準信号1b、とな
る。ビームスプリッタBSにより分岐されたもう一方は
、偏光ビームスプリッタPBSにより、レーザ光f1と
レーザ光f2が分岐される。レーザ光f、は参照ミラー
M、により反射され、レーザ光f2は測定ミラーM2に
より反射され、再び、偏光ビームスプリッタPBSで重
ね合さり、光電変換器PD2によりミキシング検波され
測定信号Ib2となる。参照光路長をると、基準信号1
b、、測定信号■b2は次式により表わされる。The signal f2 is split by a beam splitter BS, and mixed and detected by a photoelectric converter PD to become a reference signal 1b. The other beam split by the beam splitter BS is split into a laser beam f1 and a laser beam f2 by a polarizing beam splitter PBS. The laser beam f is reflected by the reference mirror M, and the laser beam f2 is reflected by the measurement mirror M2, and is superimposed again by the polarization beam splitter PBS, and mixed and detected by the photoelectric converter PD2 to become the measurement signal Ib2. If we take the reference optical path length, the reference signal 1
b, , the measurement signal b2 is expressed by the following equation.
I b、 =A cosωt −−−
(1)I b2 =B cos(ωt+φ)−−−(2
)測定光路長12の変位量をΔ1とすると、測定信号の
位相変化量Δφは次式のとおりである。I b, =A cosωt ---
(1) I b2 = B cos(ωt+φ)---(2
) If the amount of displacement of the measurement optical path length 12 is Δ1, the amount of phase change Δφ of the measurement signal is as shown in the following equation.
したがって、基準信号Ib、と測定信号Ib2の位相差
φを計測し、その変化量Δφから、変位量Δlを測定で
きる。Therefore, the phase difference φ between the reference signal Ib and the measurement signal Ib2 is measured, and the displacement amount Δl can be measured from the amount of change Δφ.
基準信号Ib、、測定信号1b2はコンパレータ21.
22によりそれぞれロジック信号REF、MEASに変
換され、基準ロジック信号REFは周期計数回路26で
、クロック発生器28から送られるクロック信号により
その周期T1が測定され、位相演算器27に送られる。The reference signals Ib, , and the measurement signals 1b2 are supplied to the comparators 21.
22, the reference logic signal REF is converted into logic signals REF and MEAS, respectively, and the period T1 of the reference logic signal REF is measured by a period counting circuit 26 using a clock signal sent from a clock generator 28, and sent to a phase calculator 27.
基準ロジック信号REF、測定ロジック信号MEASは
それぞれ立上りパルス発生器23.24に送られ、両信
号の立上りパルス信号が時間差計数回路5に送られ、両
立上りパルス信号間の時間T2がクロック信号により測
定され、位相演算器27へ送られる。位相演算器27で
は、周期データT1と時間差データT2から次式により
位相差φを求める。The reference logic signal REF and the measurement logic signal MEAS are each sent to rising pulse generators 23 and 24, the rising pulse signals of both signals are sent to the time difference counting circuit 5, and the time T2 between both rising pulse signals is measured by the clock signal. and sent to the phase calculator 27. The phase calculator 27 calculates the phase difference φ from the period data T1 and the time difference data T2 using the following equation.
T1≦T2であり、このままでは、2π以上の変化が測
定不可能なため、位相差φが0から2πへ漬
変化した時には2πを加算し、2πから0へ変化した時
には2πをば算する。さらに初期位相差をφ0とし、次
式により、変化量Δlを測定する。T1≦T2, and as it is, changes of 2π or more cannot be measured, so when the phase difference φ changes from 0 to 2π, 2π is added, and when the phase difference φ changes from 2π to 0, 2π is subtracted. Furthermore, the initial phase difference is set to φ0, and the amount of change Δl is measured using the following equation.
上述した時間計測法では、信号の周期、時間差を計測し
、演算処理を行なうことが必要であり回路構成が複雑に
なり、また、演算処理に時間を要するために、データの
サンプリング時間が長くなり、測定ミラーの移動速度が
早く、位相変化が激しい場合、位相の変化方向を判別で
きなくなり、測定が不可能になる、などの欠点がある。In the above-mentioned time measurement method, it is necessary to measure the period and time difference of the signal and perform arithmetic processing, which makes the circuit configuration complicated.Also, since the arithmetic processing takes time, the data sampling time becomes long. If the moving speed of the measurement mirror is fast and the phase change is severe, the direction of the phase change cannot be determined, making measurement impossible.
本発明の目的は、複雑な回路や演算処理を必要としない
位相計測により、高速なリアルタイム計測が可能なレー
ザ測長装置を提供するとにある。An object of the present invention is to provide a laser length measuring device that is capable of high-speed real-time measurement using phase measurement that does not require complicated circuitry or arithmetic processing.
(課題を解決するための手段〕
本発明のレーザ測長装置は、
三周波のレーザ光を出力するレーザ光源と、このレーザ
光により基準ビート信号を発生させる光学系と、
被測定物の移動によって前記基準ビート信号に対し位相
が変化する測定ビート信号を発生させる光学系と、
前記基準ビート信号または測定ビート信号の一方を逓倍
するPLL回路と、
他方のビート信号に同期して、PLL回路の分周カウン
タの内容を保持する第1のサンプリング回路と、
第1のサンプリング回路の前回のサンプリングデータを
保持する第2のサンプリング回路と、第1と第2のサン
プリング回路のデータから前記PLL回路の逓倍数をこ
えた変化と変化方向を判別し変化方向に応じて加減算を
行なうアップ/ダウンカウンタと、
第1のサンプリング回路のデータと前記アップ/ダウン
カウンタのデータとから、変位量を求める変位演算回路
とを有している。(Means for Solving the Problems) The laser length measuring device of the present invention includes: a laser light source that outputs laser light of three frequencies; an optical system that generates a reference beat signal using the laser light; an optical system that generates a measurement beat signal whose phase changes with respect to the reference beat signal; a PLL circuit that multiplies either the reference beat signal or the measurement beat signal; a first sampling circuit that holds the contents of the frequency counter; a second sampling circuit that holds the previous sampling data of the first sampling circuit; and a multiplication of the PLL circuit from the data of the first and second sampling circuits. an up/down counter that discriminates between changes and the direction of change, and performs addition and subtraction according to the direction of change; and a displacement calculation circuit that calculates the amount of displacement from the data of the first sampling circuit and the data of the up/down counter. It has
PLL回路の分周カウンタの内容が信号の位相情報を表
わしており、他方の信号の立上りに同期して分周カウン
タの内容をサンプリングし、前回のサンプリングデータ
と今回のサンプリングデータとからアップ/ダウンカウ
ンタが加算または減算を行なうことにより、2π以上の
位相差が容易に求まる。The content of the frequency division counter in the PLL circuit represents the phase information of the signal, and the content of the frequency division counter is sampled in synchronization with the rising edge of the other signal, and up/down is performed from the previous sampling data and the current sampling data. By the counter performing addition or subtraction, a phase difference of 2π or more can be easily determined.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明のレーザ測長装置の一実施例を示すブロ
ック図、第2図はその各部の信号のタイミングチャート
である。なお、基準信号REF、測定信号MEASの検
出過程は、第3図と同等であり省略する。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the laser length measuring device of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart of signals of each part thereof. Note that the detection process of the reference signal REF and measurement signal MEAS is the same as that in FIG. 3, and will therefore be omitted.
位相比較器1、低域通過フィルタ2、電圧制御発振器3
および分周カウンタ4(分周比N=24)はPLL回路
を構成し、基準信号REF(周波数fo)を人力し、基
準信号REFの周波数f、を24逓倍した周波数f0の
クロック信号CLKを得る。分周カウンタ4の最上位出
力f。Phase comparator 1, low pass filter 2, voltage controlled oscillator 3
and the frequency division counter 4 (frequency division ratio N=24) constitute a PLL circuit, manually input the reference signal REF (frequency fo), and obtain the clock signal CLK of the frequency f0, which is obtained by multiplying the frequency f of the reference signal REF by 24. . The highest output f of the frequency division counter 4.
は基準信号REFと同期しているため、分周カウンタ4
の出力は基準信号REFの位相を24分割したものにほ
かならない。ラッチパルス発生器5は測定信号MEAS
を入力し、その信号の立下りでクロック信号CLKに同
期したラッチパルスPノを発生する。ラッチパルスPノ
は適当な遅延時間を持った遅延回路6を通り、ラッチパ
ルスpHとしてラッチ回路8へ入力されるウラッチ回路
8では、分周カウンタ4の内容をラッチパルスpHによ
り保持する。ラッチ回路8で保持された。データは、基
準信号REFと測定信号2π
MEAS間の位相差情報をプ分解能で測定したものとな
る。ラッチ回路8の出力データの上位2ビツトはラッチ
回路9に人力され、ラッチパルスP1によりラッチされ
る。したがって、ラッチ回路9では前回のサンプリング
データが保持されることになる。アップ/ダウンパルス
発生器10では、前回サンプリングデータD t−1と
今回サンプリングデータDtを比較し、Dい、が00、
Dtが11の時ダウンパルレスを、D t−1が11、
Dtが00の時アップパルスを出力する。第2図のタイ
ミングチャートでは時刻1.、12.1゜、 14.1
5とラッチパルスPノが出力されるが、時刻し、にラッ
チパルスPtが出力されたときDt=。が0O1Dtが
11となるので、ダウンパルスが出力される。アップ/
ダウンカウンタ11はアップ/ダウンパルスをカウント
する。すなわち、ラッチ回路8のデータは0〜2πのデ
ータで、これ以上の変化は、アップ/ダウンパルス発生
器10により判別され、アップ/ダウンカウンタ11で
計数されることになる。アップ/ダウンカウンタ11の
出力は、ラッチ回路8の出力に比べ多少時間遅れがある
ので、ラッチパルスptを適当な遅延時間を持った遅延
回路7を通した信号P12でラッチ回路12にて保持す
る。is synchronized with the reference signal REF, so the frequency division counter 4
The output is nothing but the phase of the reference signal REF divided into 24. The latch pulse generator 5 outputs the measurement signal MEAS.
is input, and a latch pulse P synchronized with the clock signal CLK is generated at the falling edge of the signal. The latch pulse P passes through a delay circuit 6 having an appropriate delay time and is input to the latch circuit 8 as a latch pulse pH.The latch circuit 8 holds the contents of the frequency division counter 4 by the latch pulse pH. It was held by the latch circuit 8. The data is obtained by measuring phase difference information between the reference signal REF and the measurement signal 2π MEAS with high resolution. The upper two bits of the output data of the latch circuit 8 are input to the latch circuit 9 and latched by the latch pulse P1. Therefore, the latch circuit 9 holds the previous sampling data. The up/down pulse generator 10 compares the previous sampling data Dt-1 and the current sampling data Dt, and determines that D is 00,
When Dt is 11, down palless, Dt-1 is 11,
When Dt is 00, an up pulse is output. In the timing chart of FIG. 2, time 1. , 12.1°, 14.1
5 and the latch pulse P is output, but when the latch pulse Pt is output at the time Dt=. Since 0O1Dt becomes 11, a down pulse is output. up/
Down counter 11 counts up/down pulses. That is, the data of the latch circuit 8 is data of 0 to 2π, and any change beyond this is determined by the up/down pulse generator 10 and counted by the up/down counter 11. Since the output of the up/down counter 11 has a slight time delay compared to the output of the latch circuit 8, the latch pulse pt is held in the latch circuit 12 by the signal P12 passed through the delay circuit 7 with an appropriate delay time. .
このようにして得られたラッチ回路12の出力データφ
DATAは基準信号REFと測定信号2 π
MEAS間の位相差を /24の分解能で2π以上の
位相差の変化にも対応し、測定したものとなる。演算回
路14は、初期位相データφ。DATAからの変化量を
求め、次式により変位量Δlを求める。The output data φ of the latch circuit 12 obtained in this way
DATA is obtained by measuring the phase difference between the reference signal REF and the measurement signal 2π MEAS with a resolution of /24 and corresponding to changes in the phase difference of 2π or more. The arithmetic circuit 14 receives initial phase data φ. The amount of change from DATA is determined, and the amount of displacement Δl is determined using the following equation.
λ
Δ !=(φDATA−φ。 DATA) ×−玉、
−−−(7)従来技術では、測定した周期データT
1と時間差データT2から位相差φを(5)式により演
算することが必要である。また、位相差φが0から2π
、2πからOへの変化時に2πの減加算を行なう必要が
あり、さらに(6)式の演算により、変位Δ!を求めて
いた。本実施例では、測定データφDATAが位相差そ
のものであり、変位量ΔIを求めるには(7)式の演算
のみで可能である。λΔ! =(φDATA−φ.DATA) ×−ball,
--- (7) In the conventional technology, the measured period data T
1 and the time difference data T2, it is necessary to calculate the phase difference φ using equation (5). Also, the phase difference φ is from 0 to 2π
, it is necessary to subtract and add 2π when changing from 2π to O, and further, by calculating equation (6), the displacement Δ! was looking for. In this embodiment, the measured data φDATA is the phase difference itself, and the displacement amount ΔI can be obtained only by calculating the equation (7).
なお、エラー検出器13は、前回データの上位2ビット
d2.d3と今回データの上位2ビットD2.D3を比
較し、2つのデータの関係が次の4つの場合、エラー信
号ERRORを出す。Note that the error detector 13 detects the upper two bits d2. of the previous data. d3 and the upper 2 bits of the current data D2. D3 is compared, and if the relationship between the two data is the following four, an error signal ERROR is issued.
すなわち、位相2πを4象限に分け、前回のデータと今
回のデータで2象限の変化をした場合エラーを検出する
。That is, the phase 2π is divided into four quadrants, and if there is a change in two quadrants between the previous data and the current data, an error is detected.
以上説明したように本発明は、基準信号または測定信号
をPLL回路により逓倍し、PLL回路の分周カウンタ
の内容が信号の位相情報を表わしていることを利用し、
他方の信号の立上りまたは立下り時に分周カウンタの内
容をサンプリングすることにより、従来の時間計測法の
ように周期と時間差を計測し、演算を行なうような複雑
な回路、処理を必要とせず、リアルタイムで位相差゛を
計測することが可能となり、また、時間計測法では、信
号の周波数に対するクロック周波数により分解能が決ま
るため、信号周波数が変動した場合、測定分解能が変る
が、本発明では、信号の周波数変動に対しPLLが追従
するため、信号周波数の変動による分解能の変化がなく
、分周カウンタの分周比により決まり、一定にできると
いう効果がある。As explained above, the present invention multiplies a reference signal or a measurement signal by a PLL circuit, and utilizes the fact that the content of the frequency division counter of the PLL circuit represents the phase information of the signal.
By sampling the contents of the frequency division counter at the rise or fall of the other signal, the period and time difference can be measured as in conventional time measurement methods, without the need for complex circuits and processing to perform calculations. It becomes possible to measure the phase difference in real time, and in the time measurement method, the resolution is determined by the clock frequency relative to the signal frequency, so if the signal frequency fluctuates, the measurement resolution changes, but in the present invention, the signal Since the PLL follows frequency fluctuations, there is no change in resolution due to fluctuations in signal frequency, and the resolution is determined by the frequency division ratio of the frequency division counter and can be kept constant.
第1図は本発明のレーザ測長装置の一実施例のブロック
図、第2図はその各部の信号のタイミングチャート、第
3図は従来例のブロック図である。
1・・・・・・位相比較器、
2・・・・・・低域通過フィルタ、
3・・・・・・電圧制御発振器、
4・・・・・・分周カウンタ、
5−−−−−−ラッチパルス発生器、
6.7・・・遅延回路、
8 、9 、12−・・ラッチ回路、
10−−−−−−アップ/ダウンパルス発生器、11−
・・・・・アップ/ダウンカウンタ、1%・・・・・・
エラー検出器、
14・・・・・・演算回路。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the laser length measuring device of the present invention, FIG. 2 is a timing chart of signals of each part thereof, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional example. 1... Phase comparator, 2... Low pass filter, 3... Voltage controlled oscillator, 4... Frequency division counter, 5---- --Latch pulse generator, 6.7...Delay circuit, 8, 9, 12--Latch circuit, 10-----Up/down pulse generator, 11-
...Up/down counter, 1%...
Error detector, 14... Arithmetic circuit.
Claims (1)
イン干渉により長さ測定を行なうレーザ測長装置であっ
て、 二周波のレーザ光を出力するレーザ光源と、このレーザ
光により基準ビート信号を発生させる光学系と、 被測定物の移動によって前記基準ビート信号に対し位相
が変化する測定ビート信号を発生させる光学系と、 前記基準ビート信号または測定ビート信号の一方を逓倍
するPLL回路と、 他方のビート信号に同期して、PLL回路の分周カウン
タの内容を保持する第1のサンプリング回路と、 第1のサンプリング回路の前回のサンプリングデータを
保持する第2のサンプリング回路と、第1と第2のサン
プリング回路のデータから前記PLL回路の逓倍数をこ
えた変化と変化方向を判別し、変化方向に応じて加減算
を行なうアップ/ダウンカウンタと、 第1のサンプリング回路のデータと前記アップ/ダウン
カウンタのデータとから変位量を求める変位演算回路と
を有するレーザ測長装置。[Claims] 1) A laser length measuring device that measures length by optical heterodyne interference between two light waves with slightly different frequencies, comprising: a laser light source that outputs laser light of two frequencies; an optical system that generates a reference beat signal; an optical system that generates a measurement beat signal whose phase changes with respect to the reference beat signal due to movement of the object to be measured; and a PLL that multiplies either the reference beat signal or the measurement beat signal. a first sampling circuit that holds the contents of a frequency division counter of the PLL circuit in synchronization with the other beat signal; a second sampling circuit that holds the previous sampling data of the first sampling circuit; an up/down counter that determines a change exceeding the multiplier of the PLL circuit and the direction of change from the data of the first and second sampling circuits, and performs addition/subtraction according to the direction of change; A laser length measuring device comprising a displacement calculation circuit that calculates a displacement amount from data of the up/down counter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63010462A JPH01185476A (en) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | Laser length measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63010462A JPH01185476A (en) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | Laser length measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01185476A true JPH01185476A (en) | 1989-07-25 |
Family
ID=11750801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63010462A Pending JPH01185476A (en) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | Laser length measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01185476A (en) |
-
1988
- 1988-01-20 JP JP63010462A patent/JPH01185476A/en active Pending
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