JPH02287109A - Displacement detector - Google Patents

Displacement detector

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JPH02287109A
JPH02287109A JP10846989A JP10846989A JPH02287109A JP H02287109 A JPH02287109 A JP H02287109A JP 10846989 A JP10846989 A JP 10846989A JP 10846989 A JP10846989 A JP 10846989A JP H02287109 A JPH02287109 A JP H02287109A
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wave
displacement
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phase modulated
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Abstract

PURPOSE:To reduce an error in displacement quantity detection at the time of fluctuating a reference frequency by measuring the period of a reference wave and the delay time of a phase-modulated wave behind the reference wave at the same time, and dividing the delay time by the period. CONSTITUTION:A displacement measurement system outputs the reference wave FR and phase-modulated wave FP to a processing circuit. A counter 17 counts pulses CLK of an oscillator 16 and outputs a time signal, and latches 18 and 19 and a subtracter 21 measure the period TR of the reference wave FR. A time signal, on the other hand, is stored in a latch 20 as the falling time of the modulated wave in the falling of the phase-modulated wave FP and a subtracter 22 subtracts the falling time TR of the reference wave FR from the time, and outputs the delay time TP of the phase-modulated wave FP behind the reference wave FR. Then a subtracter 23 subtracts the delay time TP by the period TR to detect the quantity of displacement from the phase difference, so the error is small.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、特にレーザ測長器等の位相変調方式による変
位量検出器からの信号を変位量に比例した数値に変換す
る変位検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention particularly relates to a displacement detection device that converts a signal from a displacement detector using a phase modulation method such as a laser length measuring device into a numerical value proportional to the amount of displacement. .

(従来の技術) 一般にレゾルバ、インダクトシン、レーザ測長器等のよ
うに入力基準波を測定変位量で位相変調し、変位量の数
値を出力する検出器の変位検出装置では、位相変調波の
基準波に対する位相差を検出する為に、基準波に同期し
かつ周波数が基準波の整数倍のカウントパルスにより位
相差量を計数して変位量を検出していた。しかし、この
方法では、レゾルバやインダクトシンのようにカウント
パルスを分周して基準波を形成できる場合は良いが、レ
ーザ測長器のように基準波の周波数がレーザ発振器内部
で決まるような検出器では、基準波に同期したカウント
パルスをPLL (Phase LockedLoop
)回路を用いて発生しなければならなかった。この為、
基準波の周波数が不安定なレーザ発振器ではPLL回路
の応答遅れによる検出誤差が発生し、またPLL回路は
デジタル回路化が難しく、高集積化が困難という問題が
あった。
(Prior art) Generally, in a displacement detection device of a detector such as a resolver, an inductosin, a laser length measuring device, etc., which phase-modulates an input reference wave with a measured displacement amount and outputs a numerical value of the displacement amount, a phase-modulated wave In order to detect the phase difference with respect to the reference wave, the amount of displacement was detected by counting the amount of phase difference using count pulses that were synchronized with the reference wave and whose frequency was an integral multiple of the reference wave. However, this method is good if the reference wave can be formed by dividing the count pulse, such as with a resolver or inductosyn, but if the frequency of the reference wave is determined inside the laser oscillator, such as with a laser length measuring device, this method is fine. The detector uses a PLL (Phase Locked Loop) to generate count pulses synchronized with the reference wave.
) had to be generated using a circuit. For this reason,
In a laser oscillator in which the frequency of the reference wave is unstable, a detection error occurs due to the response delay of the PLL circuit, and the PLL circuit is difficult to convert into a digital circuit, making it difficult to achieve high integration.

ここにおいて、第7図はレーザ測長器と従来方式による
変位検出装置の構成図を示しており、レーザ発振器1は
2つの偏光面で周波数の異なる光fin t2を発振し
、出力された光f、、 f2はビームスプリッタ2で光
学的に2経路に分割され、分割された光f、、 f2の
一方はフォトディテクタ6で光f、及びf2の干渉光強
度の電気信号FRに変換される。ここで、電気信号FR
の周波数は光f1及びf2の差周波数であり、これが基
準波FRとなる(FR=lt+−tzl)。また、ビー
ムスプリッタ2で分割された他方の光f1及びf2は更
にビームスプリッタ3で光学的に光f1及びf2に分割
され、光f1は可動反射鏡5へ送られ、可動反射鏡5が
X方向に移動している場合、光f1は移動速度に比例し
て±Δfのドツプラー変調を受けて反射光f1±Δfと
なる。一方、ビームスプリッタ3で分割された光f2は
固定反射鏡4で反射され、その反射光f2がビームスプ
リッタ3で反射光f1±Δfと合せられ、−緒にされた
反射光f、±Δf及びf2はフォトディテクタ7で光f
1±Δf及びf2の干渉光強度の電気信号FPに変換さ
れる。ここで、電気信号FPの周波数は光f、±Δf及
びf2の差周波数となる。したがって、電気信号PRを
基準波とすると、電気信号F、は可動反射鏡5の移動変
位Xだけ基準信号F8を位相変調した位相変調波となる
。具体的にはλを光f、の波長とすると、位相変調波F
、は4π/λX分だけ位相がずれることになる。
Here, FIG. 7 shows a configuration diagram of a laser length measuring device and a conventional displacement detection device, in which the laser oscillator 1 oscillates light fin t2 with different frequencies in two polarization planes, and the output light f ,, f2 is optically split into two paths by the beam splitter 2, and one of the split lights f and f2 is converted by the photodetector 6 into an electric signal FR representing the interference light intensity of the light f and f2. Here, the electrical signal FR
The frequency is the difference frequency between the lights f1 and f2, and this becomes the reference wave FR (FR=lt+-tzl). Further, the other light beams f1 and f2 split by the beam splitter 2 are further optically split into lights f1 and f2 by the beam splitter 3, and the light f1 is sent to the movable reflecting mirror 5, and the movable reflecting mirror 5 is moved in the X direction. , the light f1 undergoes Doppler modulation of ±Δf in proportion to the moving speed and becomes reflected light f1±Δf. On the other hand, the light f2 split by the beam splitter 3 is reflected by the fixed reflecting mirror 4, and the reflected light f2 is combined with the reflected light f1±Δf by the beam splitter 3, and the combined reflected light f, ±Δf and f2 is light f at photodetector 7
It is converted into an electrical signal FP with an interference light intensity of 1±Δf and f2. Here, the frequency of the electrical signal FP is the difference frequency of the light f, ±Δf, and f2. Therefore, when the electric signal PR is used as a reference wave, the electric signal F becomes a phase modulated wave obtained by phase modulating the reference signal F8 by the movement displacement X of the movable reflecting mirror 5. Specifically, if λ is the wavelength of light f, then the phase modulated wave F
, will be out of phase by 4π/λX.

以上はレーザ測長器の基本原理であり、次に第8図のタ
イミングチャートを参照して第7図の変位検出装置の動
作を説明する。
The above is the basic principle of the laser length measuring device. Next, the operation of the displacement detecting device shown in FIG. 7 will be explained with reference to the timing chart shown in FIG.

先ず第8図(A)に示すようなレーザ測長器1h)′ら
の基準波FRは位相比較器9に入力され、カウンタ8の
出力信号T°の最上位ビット信号MSB  (第8図(
B)参照)と位相比較され、その位相ズレ量に比例した
パルス幅の電圧1vを出力する。位相比較器9からの出
力電圧RνはLPF  (ローパスフィルタ)10で平
滑化され、更にνCO(電圧制御発振器)11へ入力さ
れて位相差量に従った周波数の第4図(C)に示すよう
なカウントパルスCLに°を発振出力する。カウントパ
ルスCLに°はカウンタ8に入力されて第8図(D)の
ように64分周され、カウンタ出力信号T°の最上位ビ
ット信号トsBとなる。以上のことから位相比較器9 
、 LPF 10. VCO11及びカウンタ8はPL
L回路を構成しており、これによりカウントパルスCL
に“は基準波FRにほぼ同期し且つ64倍の周波数とな
る。また、カウンタ8の出力信号T゛は、第8図(A)
及び(D)に示すように基準波FRのほぼ一周期内で“
0″〜“B3“まで鋸歯状に変化する信号となる。カウ
ンタ8の出力信号T。
First, the reference wave FR of the laser length measuring device 1h)' as shown in FIG. 8(A) is inputted to the phase comparator 9, and the most significant bit signal MSB (FIG.
(See B)) and outputs a voltage of 1V with a pulse width proportional to the amount of phase shift. The output voltage Rν from the phase comparator 9 is smoothed by an LPF (low-pass filter) 10, and is further inputted to a νCO (voltage controlled oscillator) 11 to generate a frequency according to the amount of phase difference as shown in FIG. 4 (C). It oscillates and outputs ° to the count pulse CL. The count pulse CL is inputted to the counter 8 and frequency-divided by 64 as shown in FIG. 8(D), resulting in the most significant bit signal tosB of the counter output signal T°. From the above, phase comparator 9
, LPF 10. VCO11 and counter 8 are PL
It constitutes an L circuit, which allows the count pulse CL
The output signal T of the counter 8 is almost synchronized with the reference wave FR and has a frequency 64 times higher than that of the reference wave FR.
And as shown in (D), within approximately one cycle of the reference wave FR, “
This is a signal that changes in a sawtooth pattern from 0" to "B3". Output signal T of the counter 8.

は、第8図(E)に示すような位相変調波FPの立ち下
がりにおいてラッチ回路12に同図(F)に示すような
信号x′として記憶され、この信号X゛が位相変調波F
、の基準波Fllに対する一波長内の位相差となる。従
って、ここまでの動作で可動反射鏡5のλ/2までの変
位Xを検出することができる。
is stored in the latch circuit 12 as a signal x' as shown in FIG. 8(F) at the falling edge of the phase modulated wave FP as shown in FIG.
, is the phase difference within one wavelength with respect to the reference wave Fll. Therefore, the displacement X of the movable reflecting mirror 5 up to λ/2 can be detected by the operations up to this point.

次に、信号X°は次回の位相変調波F、の立ち下がりで
ラッチ回路13に信号X”として記憶されるが、信号X
“は信号X°の変化する一つ前の信号となる。
Next, the signal X° is stored in the latch circuit 13 as a signal
" is the signal immediately before the signal X° changes.

信号X°及び信号X“はアップダウンパルス発生器14
内で減算され、第8図(G)に示すような減算値Δ×が
下記(1)式の条件により第8図(II)に示すような
アップパルスUP又はダウンパルスDPを出力する。
The signal X° and the signal X" are the up-down pulse generator 14
The subtracted value Δ× as shown in FIG. 8(G) outputs an up pulse UP or a down pulse DP as shown in FIG. 8(II) under the condition of equation (1) below.

アラフタランパルス発生器14からのアップパルスUP
又はダウンパルスD、はアップダウンカウンタ15をア
ップカウント又はダウンカウントさせ、位相変調波FP
の基準波FRに対する位相差を基準波波長数X、でアッ
プダウンカウンタ15より出力する(第8図(1)参照
)。ここで、信号X゛を下位桁とし、信号×。を上位桁
、つまり64Xx、+x’とする信号Xは基準波FRに
対する位相変調波F、の位相差Xとなる。したがって、
可動反射鏡5の)3勅変位Xをλ/128の分解能で検
出することができる。
Up pulse UP from Araftaran pulse generator 14
Or, the down pulse D causes the up/down counter 15 to count up or down, and generates a phase modulated wave FP.
The phase difference with respect to the reference wave FR is outputted from the up/down counter 15 as the number of reference wave wavelengths (X) (see FIG. 8 (1)). Here, the signal X' is the lower digit, and the signal x. The signal X whose upper digits are 64Xx, +x' becomes the phase difference X between the phase modulated wave F and the reference wave FR. therefore,
The displacement X of the movable reflecting mirror 5 can be detected with a resolution of λ/128.

第8図(D) 、 (F)及び(J)における破線特性
AはPLL回路の追従遅れがない場合の値を示しており
、同図(J)の斜線部Bは追従遅れによる誤差、つまり
変位検出誤差を示している。
The broken line characteristic A in Figure 8 (D), (F) and (J) shows the value when there is no tracking delay in the PLL circuit, and the shaded area B in Figure 8 (J) shows the error due to the tracking delay, that is, Indicates displacement detection error.

以上の如く第7図の従来装置では、第8図のタイミング
チャートの信号XのようにPLL回路の追従遅れがない
場合に比べ、斜線部Bのような大きな変位検出誤差を生
じてしまう。
As described above, in the conventional device shown in FIG. 7, a large displacement detection error as shown in the shaded area B occurs compared to the case where there is no follow-up delay of the PLL circuit like signal X in the timing chart of FIG.

(発明が解決しようとする課題) 第7図の従来例ではレーザ発振器1の発振光f1及びf
2の差周波数、つまり基準波FRの周波数は第8図のタ
イミングチャートのように変動し易く、この為LPFを
持つPLL回路では、基準波FRの周波数変動にカウン
トパルスCLK’の周波数が正確に同期追従できない。
(Problem to be Solved by the Invention) In the conventional example shown in FIG.
2, that is, the frequency of the reference wave FR, tends to fluctuate as shown in the timing chart in Figure 8. Therefore, in a PLL circuit with an LPF, the frequency of the count pulse CLK' is accurately adjusted to the frequency fluctuation of the reference wave FR. Unable to follow synchronously.

この為、変位検出値にこの追従誤差分の変位検出誤差が
生ずるという問題がある。また、PLL回路内のローパ
スフィルタや電圧制御発振器はデジタル回路化が難しく
、高集積化が困難である。
Therefore, there is a problem in that a displacement detection error corresponding to this tracking error occurs in the displacement detection value. Furthermore, it is difficult to convert the low-pass filter and voltage-controlled oscillator in the PLL circuit into digital circuits, making it difficult to achieve high integration.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本
発明の目的は、レーザ測長器等の位相変調方式による変
位量検出器からの信号を高精度の変位量に比例した数値
に変換し、かつ高集積化の容易な変位検出装置を提供す
ることにある。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to convert a signal from a displacement detector using a phase modulation method such as a laser length measuring device into a highly accurate numerical value proportional to the displacement. The object of the present invention is to provide a displacement detection device that is easy to integrate and can be highly integrated.

(課題を解決するための手段) 本発明は変位量を基準波に対する位相変調波として出力
する検出器の変位検出装置に関するもので、本発明の上
記目的は、一定周波数でカウントパルスを出力する発振
器からのカウントパルスにより時間計測するカウンタを
用い、前記基準波の周期ΔTRと前記位相変調波の基準
波に対する遅延時間ΔTPとを平行測定し、かつ除算器
によりほぼ同時間の前記遅延時間ΔT、を前記周期ΔT
Rで除算演算することで、前記位相変調波の基準波に対
する位相差、つまり前記変位量を検出することによって
達成される。すなわち、本発明の目的は、カウントパル
スを出力する発振器及び前記カウントパルスにより前記
基準波の周期ΔTRを測定する第1の手段と、前記周期
ΔTRの測定と平行して前記カウントパルスにより前記
基準波に対する位相変調波の遅延時間ΔT、を測定する
第2の手段と、前記遅延時間ΔTPを前記−周期ΔTR
で除算する演算手段とを設けることによって達成される
(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a displacement detection device for a detector that outputs a displacement amount as a phase modulated wave with respect to a reference wave. The period ΔTR of the reference wave and the delay time ΔTP of the phase modulated wave with respect to the reference wave are measured in parallel using a counter that measures time using count pulses from . The period ΔT
This is achieved by performing a division operation by R to detect the phase difference of the phase modulated wave with respect to the reference wave, that is, the amount of displacement. That is, an object of the present invention is to provide an oscillator that outputs a count pulse, a first means for measuring the period ΔTR of the reference wave using the count pulse, and a method for measuring the period ΔTR of the reference wave using the count pulse in parallel with the measurement of the period ΔTR. a second means for measuring a delay time ΔT of the phase modulated wave relative to the period ΔTR;
This is achieved by providing an arithmetic means for dividing by .

(作用) 本発明の前記解決手段によれば、基準波の周期と基準波
及び位相変調波の遅延時間とを平行に測定し、前記遅延
時間をそれとほぼ同時点の基準波の前記周期で除算して
基準波に対する位相変調波の位相差を検出している為、
基準波の変動によるPLL回路のような応答遅れが少な
く、またデジタル回路で構成できる為、高集積化も容易
である。
(Operation) According to the solution means of the present invention, the period of the reference wave and the delay time of the reference wave and the phase modulated wave are measured in parallel, and the delay time is divided by the period of the reference wave at approximately the same time. Since the phase difference of the phase modulated wave with respect to the reference wave is detected by
It has less response delay than a PLL circuit due to fluctuations in the reference wave, and can be configured with a digital circuit, making it easy to achieve high integration.

(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の実ta例を説明する。(Example) Hereinafter, an actual example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図はレーザ測長器と本発明による変位検出装置の一
実施例を、第7図に対応させて示す構成図であり、その
動作を第2図のタイミングチャートを参照して説明する
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser length measuring device and a displacement detecting device according to the present invention, corresponding to FIG. 7, and its operation will be explained with reference to the timing chart of FIG. 2.

第1図において、レーザ発振器1.ビームスプリッタ2
.3及び固定反射鏡4.可動反射鏡5゜フォトディテク
タ6.7は第7図と全く同じレーザ測長器を示しており
、ここではその説明を省略する。カウンタ17は、カウ
ントクロック発振器16からの第2図(八)に示すよう
な一定周波数のカウントパルスCLXにより同図(B)
に示すような鋸歯状の時間信号T(0≦T≦(2’−1
)のバイナリ信号)を出力し、時間信号Tはラッチ回路
18により同図(C)に示す基準波FRの立ち下がりで
、基準波Feの立ち下がり時間Tnとして記憶される。
In FIG. 1, a laser oscillator 1. Beam splitter 2
.. 3 and fixed reflector 4. The movable reflecting mirror 5.degree. photodetector 6.7 shows a laser length measuring device exactly the same as in FIG. 7, and its explanation will be omitted here. The counter 17 is activated by a count pulse CLX of a constant frequency as shown in FIG. 2 (8) from the count clock oscillator 16 as shown in FIG. 2 (B).
A sawtooth time signal T (0≦T≦(2'-1
) is output, and the time signal T is stored by the latch circuit 18 as the falling time Tn of the reference wave Fe at the falling edge of the reference wave FR shown in FIG.

また、時間Tnはラッチ回路19により基準波FRの立
ち下がりで、基準波piの立ち下がり一周期前の時間T
n゛として記憶される。時間TR及びTR’は共に減算
器21に入力され、減算器21は、出力をO〜(2’−
1)までの7ビツトに限定することで、TR<Tn’ 
でも必ず一つ前の立ち下がりから次の立ち下がりまでの
時間ΔTR%つまり基準波FRの基準波周期ΔTRを第
2図(E)に示すように出力する。また、カウンタ17
からの時間信号Tはラッチ回路20により、第2図(D
)に示す位相変調波F、の立ち下がりで位相変調波の立
ち下がり時間T、として記憶される。時間T、は減算器
22において基準波FRの立ち下がり時間TRで減算さ
れ、位相変調波F、の基準波FRに対する波形立ち下が
り遅延時間ΔT、として第2図(F)の如く出力される
。遅延時間ΔTPは除算器23により基準波周期ΔTR
で除算され、位相変調波F、の基準波Fnに対する一周
期内分の位相差信号X°として第2図(6) に示す如
く出力される(ただし、位相差信号X°はΔTp/ΔT
RX64の下位6ビツトである)。従って、上記動作で
可動反射鏡5のλ/2までの変位Xを、λ/128の分
解能で検出することができる。
Further, the time Tn is determined by the latch circuit 19 at the falling edge of the reference wave FR, and the time Tn is one cycle before the falling edge of the reference wave pi.
It is stored as n゛. Both times TR and TR' are input to the subtracter 21, and the subtracter 21 outputs O~(2'-
By limiting to 7 bits up to 1), TR<Tn'
However, the time ΔTR% from the previous falling edge to the next falling edge, that is, the reference wave period ΔTR of the reference wave FR, is always outputted as shown in FIG. 2(E). Also, counter 17
The time signal T from
) is stored as the fall time T of the phase modulated wave. The time T is subtracted by the fall time TR of the reference wave FR in the subtracter 22, and is output as the waveform fall delay time ΔT of the phase modulated wave F with respect to the reference wave FR, as shown in FIG. 2(F). The delay time ΔTP is calculated by dividing the reference wave period ΔTR by the divider 23.
The phase difference signal X° within one period of the phase modulated wave F with respect to the reference wave Fn is output as shown in Fig. 2 (6) (however, the phase difference signal X° is ΔTp/ΔT
(lower 6 bits of RX64). Therefore, with the above operation, the displacement X of the movable reflecting mirror 5 up to λ/2 can be detected with a resolution of λ/128.

次に、信号×°はラッチ回路13により位相変調波FP
の立ち下がり又は基準波FRの立ち下がりで信号X”と
して記憶され、信号X”は信号X°の変化する一つ前の
信号となる。アップダウンパルス発生器14及びアップ
ダウンカウンタ15は第7図の動作と同様に、信号X°
及び信号X゛をもとに位相変調波F、の基準波FRに対
する位相差波長数x、を出力する。したがフて、信号X
°を下位桁とし、位相差波長数xuを上位桁、つまり6
4Xx、+x’とする信号Xは基準波FT1に対する位
相変調波FPの位相差を表わしている。すなわち、ラッ
チ回路13の出力X゛は第2(G)のようになり、前記
(1)式で示される減算値Δ×は同図()I)のように
なる。また、パルス発生器14からのアップパルスII
Pは第2図(1)のように出力され、出力される位相差
Xは同図(J)のようになる。なお、第2図(J)の破
線特性Cは、前述した従来方式の追従遅れがない場合を
示している。これにより、第1図の変位検出装置は可動
反射鏡5の移動変位Xをλ/128の分解能で検出する
ことができる。
Next, the signal ×° is converted into a phase modulated wave FP by the latch circuit 13.
The falling edge of the reference wave FR or the falling edge of the reference wave FR is stored as the signal X'', and the signal X'' becomes the signal immediately before the signal X° changes. The up-down pulse generator 14 and the up-down counter 15 operate similarly to the operation shown in FIG.
Based on the signal X', the number x of phase difference wavelengths of the phase modulated wave F and the reference wave FR is output. However, signal X
° is the lower digit, and the number of phase difference wavelengths xu is the upper digit, that is, 6
A signal X of 4Xx, +x' represents the phase difference of the phase modulated wave FP with respect to the reference wave FT1. That is, the output X' of the latch circuit 13 becomes as shown in the second (G), and the subtracted value Δ× shown in the equation (1) becomes as shown in ()I) of the same figure. In addition, the up pulse II from the pulse generator 14
P is output as shown in FIG. 2 (1), and the output phase difference X is as shown in FIG. 2 (J). Note that the broken line characteristic C in FIG. 2(J) shows the case where there is no follow-up delay of the conventional method described above. Thereby, the displacement detection device shown in FIG. 1 can detect the movement displacement X of the movable reflecting mirror 5 with a resolution of λ/128.

以上説明したように、第1図の装置によれば第2図(J
)のタイミングチャートの信号Xのように、従来方式よ
りも誤差を小さくでき、また、高集積化の容易なデジタ
ル回路で装置を構成することが可能となる。
As explained above, according to the apparatus shown in FIG.
), the error can be made smaller than in the conventional method, and the device can be configured with digital circuits that can be easily integrated.

第3図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、第4
図はその動作例を示すタイミングチャートである。
FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a timing chart showing an example of the operation.

第3図において基準波FRは2分周器30で2分周され
、分周された信号FR/2は論理回路31に入力され、
論理回路31により基準波FRの反転信号と信号FR/
2との論理積による第4図(C)に示すようなリセット
信号R5Tが基準波FRの2周期毎に出力される。Dタ
イプフリップフロップ32及びAND)回路34はカウ
ントクロック発振器16からのカウントパルスCLKを
、リセット信号R5TがH”となってから“L“になっ
た後基準波FRが立ち上がるまでの間カウンタ36へ人
力する。カウンタ36はリセット信号R5Tの“H”で
出力をクリアした後、リセット信号R5Tが“L”に変
化した直後から基準波FRが立ち上がるまでの間を第4
図(D)の如くカウントアツプし、計数停止後の計数値
ΔTRをリセット信号rlSTが“H・”になるまでラ
ッチ回路3Bで第4図(G)に示す如く保持する。ここ
で、計数値ΔTllは基準波FRの立ち上がりから次の
立ち上がりまでの基準波F、の周期となり、ラッチ回路
38は、基準波周期ΔTRをリセット信号R5Tの立ち
上がりで記憶する。また、Dタイプフリップフロップ3
3及びAND回路35はカウントクロック発振器16か
らのカウントパルスCLKを、リセット信号R5Tが“
H”となってから“L”になった後位相変調波FPが立
ち上がるまでの間カウンタ37へ人力する。
In FIG. 3, the reference wave FR is frequency-divided by 2 by a 2-frequency divider 30, and the frequency-divided signal FR/2 is input to a logic circuit 31.
The logic circuit 31 generates an inverted signal of the reference wave FR and a signal FR/
A reset signal R5T as shown in FIG. 4(C) is outputted every two cycles of the reference wave FR. The D-type flip-flop 32 and the AND) circuit 34 send the count pulse CLK from the count clock oscillator 16 to the counter 36 from when the reset signal R5T goes high until the reference wave FR rises after it goes low. After the counter 36 clears the output with “H” of the reset signal R5T, the counter 36 clears the output with “H” of the reset signal R5T, and then clears the output with the fourth pulse from immediately after the reset signal R5T changes to “L” until the reference wave FR rises.
The count is counted up as shown in FIG. 4(D), and the counted value ΔTR after the counting is stopped is held in the latch circuit 3B as shown in FIG. 4(G) until the reset signal rlST becomes "H." Here, the count value ΔTll is the period of the reference wave F from the rising edge of the reference wave FR to the next rising edge, and the latch circuit 38 stores the reference wave period ΔTR at the rising edge of the reset signal R5T. In addition, D type flip-flop 3
3 and the AND circuit 35 receives the count pulse CLK from the count clock oscillator 16 when the reset signal R5T is "
After it becomes "H" and "L" until the phase modulated wave FP rises, the counter 37 is manually inputted.

カウンタ37はリセット信号R5TのH″で出力をクリ
アされた後、リセット信号R5Tが“L”に変化した直
後から位相変調波F、が立ち上がるまでの間を第4図(
E)に示すようにカウントアツプし、計数停止後の計数
値ΔTpをリセット信号R5Tが“H”になるまでラッ
チ回路39で第4図(F)に示す如く保持する。ここで
、計数値ΔTPは位相変調波FPの基準波FRに対する
波形立ち上がり遅延時間となり、ラッチ回路39は遅延
時間ΔTPをリセット信号R5Tの立ち上がりで記憶す
る。基準波PRの周期ΔTR及び基準波FRに対する位
相変調波FPの遅延時間ΔT、は、除算器23へ入力さ
れて第1図の場合と同様に基準波FRの一周期内分の位
相差信号×゛として除算器23から出力される(第4図
(H)参照)。ラッチ回路13はリセット信号R5Tの
立ち上がりで位相差信号X°の変化するーっ前の信号X
“を記憶し、アップダウンパルス発生器14及びアップ
ダウンカ虹ンタ15により、以下第1図と同様の方法に
よって基準波FRに対する位相変調波F、の位相差Xを
検出することができる。
After the output of the counter 37 is cleared by the H'' of the reset signal R5T, the period from immediately after the reset signal R5T changes to "L" until the rise of the phase modulated wave F is shown in FIG.
The count value ΔTp after counting is stopped is held in the latch circuit 39 as shown in FIG. 4(F) until the reset signal R5T becomes "H". Here, the count value ΔTP is a waveform rise delay time of the phase modulated wave FP with respect to the reference wave FR, and the latch circuit 39 stores the delay time ΔTP at the rise of the reset signal R5T. The period ΔTR of the reference wave PR and the delay time ΔT of the phase modulated wave FP with respect to the reference wave FR are input to the divider 23, and as in the case of FIG. 1, the phase difference signal for one period of the reference wave FR× is output from the divider 23 as (see FIG. 4(H)). The latch circuit 13 outputs the signal X before the phase difference signal X° changes at the rising edge of the reset signal R5T.
The phase difference X between the phase modulated wave F and the reference wave FR can be detected using the up-down pulse generator 14 and the up-down counter 15 in the same manner as shown in FIG.

一方、第5図は本発明をソフトウェア的に処理する実施
例を示す構成図であり、この例では、基準波FRは分周
器40により128分周した信号FR’に変換され、位
相変調波FPも分周器41により128分周した信号F
P’に変換される。これにより、信号FR′ に対する
信号F、”の位相差は、基準波FRに対する位相変調波
FPの位相差の128分の1となる。
On the other hand, FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is processed by software. In this example, the reference wave FR is converted into a signal FR' whose frequency is divided by 128 by a frequency divider 40, and a phase modulated wave FP is also a signal F whose frequency is divided by 128 by the frequency divider 41.
It is converted to P'. As a result, the phase difference between the signal F,'' and the signal FR' becomes 1/128 of the phase difference between the phase modulated wave FP and the reference wave FR.

カウンタ42は、カウントクロック発振器16からのカ
ウントパルスCLににより時間信号T(0≦T≦$ 3
 FFFのバイナリ信号)を出力し、時間信号Tはラッ
チ回路43により信号PR’の立ち上がりで、信号FR
′の立ち上がり時間TRとして記憶される。
The counter 42 receives a count pulse CL from the count clock oscillator 16 to generate a time signal T (0≦T≦$3
FFF binary signal) is output, and the time signal T is output by the latch circuit 43 at the rising edge of the signal PR', and the time signal T is output as the signal FR.
' is stored as the rise time TR.

また、時間信号Tはラッチ回路44により信号F、。Further, the time signal T is converted into a signal F by a latch circuit 44.

の立ち上がりで、信号F、°の立ち上がり時間TPとし
4て記憶される。
At the rising edge of , the rising time TP of the signal F,° is stored as 4.

ここにおいて、マイクロプロセッサ45はM6図のフロ
ーチャートに従って動作する。すなわち先ず信号FR′
が立ち上がる(ステップSl)と、マイクロプロセッサ
45はラッチ回路43から信号FR′の立ち上がり時間
Tnを読込み(ステップs2)、前回の信号FR′の立
ち上がり時間T、との差ΔTRを求め(ステップS3)
、さらに16進数“$3FFF”との論理積をとり(ス
テップS4) 、TR<Tn’の場合でも必ず差ΔTR
が信号FR’の周期(〉0)となるように処理を行なっ
ている(ステップS5)。また、信号FP°の立ち上が
り(ステップS6)後、マイクロプロセッサ45はラッ
チ回路44から信号FP’の立ち土がり時間TPを読込
み(ステップs7)、信号FR’の立ち上がり時間Tn
との差ΔTP%つまり信号FP’の信号Fn゛ に対す
る波形立ち上がり遅延時間を求めている(ステップs8
)。次に、遅延時間ΔTPを16進数“$2000”で
乗算しくステップ510)、差ΔTRで除算後に16進
数”$ IFFF”との論理積をとることにより(ステ
ップ5ll)、信号FP’の信号FR’ に対する位相
差X°を信号FR°の一周期を16進数°“$ 200
0”とする単位でかつ信号FR′の一周期内の範囲で求
めている。さらに、信号FP’の信号FRに対する位相
差X′から前回の位相差X“どの差Δxを演算しくステ
ップ512)、差Δxが信号FTI’の半周期以上の値
(±$ 1000)を越えたかどうかを判定しくステッ
プ514,516)、変数x、を増減することで信号F
P’の信号PR’ に対する位相差の波長数を×、とじ
て求める(ステップ515,517)。
Here, the microprocessor 45 operates according to the flowchart shown in FIG. M6. That is, first, the signal FR'
rises (step Sl), the microprocessor 45 reads the rise time Tn of the signal FR' from the latch circuit 43 (step s2), and calculates the difference ΔTR from the previous rise time T of the signal FR' (step S3).
, and the hexadecimal number "$3FFF" (step S4), and even if TR<Tn', the difference ΔTR is always obtained.
Processing is performed so that the period becomes the period (>0) of the signal FR' (step S5). Further, after the rising of the signal FP° (step S6), the microprocessor 45 reads the rising time TP of the signal FP' from the latch circuit 44 (step s7), and the rising time Tn of the signal FR'.
The difference ΔTP%, that is, the waveform rise delay time of the signal FP' with respect to the signal Fn' is calculated (step s8
). Next, the delay time ΔTP is multiplied by the hexadecimal number "$2000" (step 510), and the signal FR of the signal FP' is ' The phase difference X° with respect to the signal FR° is one period of the hexadecimal number
Step 512 , it is determined whether the difference Δx exceeds a value (±$1000) equal to or more than half the period of the signal FTI' (steps 514, 516), and the signal F is increased or decreased by increasing or decreasing the variable x.
The number of wavelengths of the phase difference of P' with respect to the signal PR' is calculated by dividing by x (steps 515 and 517).

そして、波長数x、を16進数“$ 2000”で乗算
しくステップ520)、−周期内の位相差X°と加算す
ることで信号FP’の信号FR’ に対する位相差Xと
して求め(ステップ521)、外部へ信号×として出力
する0位相差信号Xの分解能は第6図のフローチャート
により、信号FR’の一周期の8192($ 2000
)分の1となる。したがって、位相差信号Xは基準波F
R・に対する位相変調波F、の位相差を、基準波FRの
一周期の64 (81927128)分の1の分解能で
検出することができる。
Then, the number of wavelengths x is multiplied by the hexadecimal number "$ 2000" (step 520), and the phase difference X within the period is added to obtain the phase difference X of the signal FP' with respect to the signal FR' (step 521). , the resolution of the 0 phase difference signal X to be outputted to the outside as a signal
) will be 1/1. Therefore, the phase difference signal X is the reference wave F
The phase difference between the phase modulated wave F and the phase modulated wave F can be detected with a resolution of 1/64 (81927128) of one cycle of the reference wave FR.

以上説明した第5図のように、基準波FRと位相変調波
FPを共にN分周した信号から、第1図の変位検出装置
と同様の方式で位相変調波FPの基準波F、に対する位
相差Xを検出する場合、基準波FR及び位相変調波F、
の周期をN倍長くできることで、第6図のように回路の
一部をマイクロプロセッサ45のソフト処理により行な
うことが容易となる。
As explained above in FIG. 5, from a signal obtained by dividing both the reference wave FR and the phase modulated wave FP by N, the position of the phase modulated wave FP relative to the reference wave F is calculated using the same method as the displacement detection device shown in FIG. 1. When detecting the phase difference X, a reference wave FR and a phase modulated wave F,
By making the cycle N times longer, it becomes easy to perform part of the circuit by software processing of the microprocessor 45 as shown in FIG.

これは、レーザ測長器のように基準波周波数が数M11
□となる場合、変位検出装置の一部をマイクロプロセッ
サのソフト処理により簡素化する場合に有効である。
This is because the reference wave frequency is several M11 like a laser length measuring device.
□ is effective when a part of the displacement detection device is simplified by software processing of a microprocessor.

(発明の効果) 本発明によれば、変位量を基準波に対する位相変調波と
して出力する検出器の変位量を、基準波の周期と位相変
調波の基準波に対する遅延時間とをほぼ同時に測定し、
位相変調波の基準波に対する位相差を検出して求めてい
る。したがって、基準波が周波数変動した場合の検出変
位量の誤差を小さくできる。また、全てデジタル回路に
より構成できる為、従来のPLL回路を使用した装置に
比べ高集積化が容易である。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the displacement amount of a detector that outputs the displacement amount as a phase modulated wave with respect to the reference wave can be measured almost simultaneously with the period of the reference wave and the delay time of the phase modulated wave with respect to the reference wave. ,
It is obtained by detecting the phase difference between the phase modulated wave and the reference wave. Therefore, the error in the detected displacement amount when the reference wave changes in frequency can be reduced. Furthermore, since it can be constructed entirely from digital circuits, it is easier to achieve higher integration than devices using conventional PLL circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第2
図はその動作例を示すタイミングチャート、第3図及び
第5図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロック構
成図、第4図及び第6図はそれぞれ各動作例を示すタイ
ミングチャート、第7図は従来の装置例を示すブロック
図、第8図はその動作例を示すフローチャートである。 1・・・レーザ発振器、4・・・固定反射鏡、5・・・
可動反射鏡、13.17,36,37.42・・・カウ
ンタ、9・・・位相比較器、10−L’PF 、 1l
−V(:0 、12,13,18,19,20,38゜
39・・・ラッチ回路、15・・・アップダウンカウン
タ、16・・・発振器、21.22・・・減算器、23
・・・除算器、3G。 40.41・・・分周器、32.33・・・フリップフ
ロップ。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
3 and 5 are block configuration diagrams showing other embodiments of the present invention, respectively. FIGS. 4 and 6 are timing charts showing each operation example, respectively. FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional device, and FIG. 8 is a flowchart showing an example of its operation. 1... Laser oscillator, 4... Fixed reflecting mirror, 5...
Movable reflecting mirror, 13.17, 36, 37.42... Counter, 9... Phase comparator, 10-L'PF, 1l
-V(:0, 12, 13, 18, 19, 20, 38° 39...Latch circuit, 15...Up/down counter, 16...Oscillator, 21.22...Subtractor, 23
...divider, 3G. 40.41... Frequency divider, 32.33... Flip-flop.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、変位量を基準波に対する位相変調波として出力する
検出器の変位検出装置において、カウントパルスを出力
する発振器及び前記カウントパルスにより前記基準波の
周期ΔT_Rを測定する第1の手段と、前記周期ΔT_
Rの測定と平行して前記カウントパルスにより前記基準
波に対する位相変調波の遅延時間ΔT_Pを測定する第
2の手段と、前記遅延時間ΔT_Pを前記周期ΔT_R
で除算する演算手段とを具備したことを特徴とする変位
検出装置。 2、前記第1及び第2の手段が、前記カウントパルスを
計数するカウンタと、前記基準波の立ち上がり又は立ち
下がり時の前記カウンタの出力値T_Rを記憶する手段
と、前記値T_Rの変化する一つ前の値T_R′を記憶
する手段と、前記値T_R及びT_R′の差を演算出力
する減算器と、前記位相変調波の立ち上がり又は立ち下
がり時の前記カウンタの出力値T_Pを記憶する手段と
、前記値T_Pと前記値T_R又はT_R′との差を演
算出力する減算器とで成る請求項1に記載の変位検出装
置。 3、前記第1及び第2の手段が、前記カウントパルスを
計数する2組のカウンタと、前記基準波のn周期(n≧
2の整数)毎の立ち上がり又は立ち下がり時に前記2組
のカウンタをクリアしかつ計数を開始させる手段と、前
記2組のカウンタの一方を計数開始後の前記基準波の立
ち上がり又は立ち下がりで前記計数を停止させる手段と
、前記2組のカウンタの他方を計数開始後の前記位相変
調波の立ち上がり又は立ち下がりで前記計数を停止させ
る手段と、前記2組のカウンタの計数停止以後クリアさ
れるまでの間の計数出力値を記憶する手段とで成る請求
項1に記載の変位検出装置。 4、請求項1に記載の変位検出装置と、前記変位検出装
置の検出変位x′の変化する一つ前の検出変位x″を記
憶する手段と、前記検出変位x′及びx″の差Δxを演
算出力する減算器と、前記差Δxの大きさによりアップ
カウント又はダウンカウントする計数手段とを具備した
ことを特徴とする変位検出装置。 5、変位量を基準波に対する位相変調波として出力する
検出器の変位検出装置において、前記基準波をN分周す
る第1の分周器と、前記位相変調波をN分周する第2の
分周器と、前記N分周後の基準波及び前記N分周後の位
相変調波を入力とする請求項1又は請求項4に記載の変
位検出装置とを具備したことを特徴とする変位検出装置
[Claims] 1. In a displacement detection device for a detector that outputs a displacement amount as a phase modulated wave with respect to a reference wave, an oscillator that outputs a count pulse and a first oscillator that measures the period ΔT_R of the reference wave using the count pulse. and the period ΔT_
a second means for measuring a delay time ΔT_P of the phase modulated wave with respect to the reference wave using the count pulse in parallel with the measurement of R;
1. A displacement detection device comprising: arithmetic means for dividing by . 2. The first and second means include a counter for counting the count pulses, a means for storing an output value T_R of the counter at the time of rising or falling of the reference wave, and a rate at which the value T_R changes. means for storing the previous value T_R'; a subtracter for calculating and outputting the difference between the values T_R and T_R'; and means for storing the output value T_P of the counter at the time of the rise or fall of the phase modulated wave. , and a subtracter that calculates and outputs the difference between the value T_P and the value T_R or T_R'. 3. The first and second means include two sets of counters that count the count pulses, and n periods of the reference wave (n≧
means for clearing the two sets of counters and starting counting at the rising or falling edge of each integer of 2); and means for clearing one of the two sets of counters at the rising edge or falling edge of the reference wave after starting counting; means for stopping the counting at the rising or falling edge of the phase modulated wave after the other of the two sets of counters starts counting; 2. The displacement detecting device according to claim 1, further comprising means for storing a counted output value between. 4. A displacement detecting device according to claim 1, a means for storing a detected displacement x'' immediately before the detected displacement x' of the displacement detecting device changes, and a difference Δx between the detected displacements x' and x''. A displacement detection device comprising: a subtracter for calculating and outputting the difference Δx; and a counting means for counting up or down depending on the magnitude of the difference Δx. 5. A displacement detection device for a detector that outputs a displacement amount as a phase modulated wave with respect to a reference wave, a first frequency divider that divides the frequency of the reference wave by N, and a second frequency divider that divides the frequency of the phase modulated wave by N. A displacement detector comprising: a frequency divider; and the displacement detection device according to claim 1 or claim 4, which inputs the reference wave after the frequency division by N and the phase modulated wave after the frequency division by N. Detection device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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