JPH0776695B2 - Displacement detection device - Google Patents

Displacement detection device

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JPH0776695B2
JPH0776695B2 JP10846989A JP10846989A JPH0776695B2 JP H0776695 B2 JPH0776695 B2 JP H0776695B2 JP 10846989 A JP10846989 A JP 10846989A JP 10846989 A JP10846989 A JP 10846989A JP H0776695 B2 JPH0776695 B2 JP H0776695B2
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reference wave
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displacement
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康一 林
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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。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a displacement detection device for converting a signal from a displacement amount detector of a phase modulation method such as a laser length measuring device into a numerical value proportional to the displacement amount. .

(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 Locked Loop)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 that phase-modulates an input reference wave with a measured displacement amount and outputs a numerical value of the displacement amount, such as a resolver, an inductosyn, and a laser length measuring device, a phase-modulated wave is used. In order to detect the phase difference with respect to the reference wave, the displacement amount is detected by counting the phase difference amount with a count pulse which is synchronized with the reference wave and whose frequency is an integral multiple of the reference wave. However, this method is good when it is possible to form a reference wave by dividing the count pulse like a resolver or iductocin, but a detector such as a laser length measuring machine where the frequency of the reference wave is determined inside the laser oscillator. Then, the count pulse synchronized with the reference wave had to be generated by using a PLL (Phase Locked Loop) circuit. Therefore, 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 it is difficult to make the PLL circuit into a digital circuit and it is 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f1,f2を発振し、出力
された光f1,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f1,f2の一方はフォトディテ
クタ6で光f1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=|f1−f2|)。
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、可動反射鎖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のドッ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、一緒にされた反射光f1
±Δf及びf2はフォトディテクタ7で光f1±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f1±Δf及びf2の差周波数となる。
したがって、電気信号FRを基準波とすると、電気信号FP
は可動反射鏡5の移動変位Xだけ基準信号FRを移送変調
した移送変調波となる。具体的にはλを光f1の波長とす
ると、移送変調波FP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 displacement detecting device by a conventional method. The laser oscillator 1 oscillates lights f 1 and f 2 having different frequencies with two polarization planes and outputs them. light f 1 has, f 2 is divided into an optically second path by the beam splitter 2, it divided light f 1, the electrical signal of the interference light intensity of the light f 1 and f 2 one of f 2 at the photodetector 6 F Converted to R. Here, the frequency of the electric signal F R is the difference frequency between the lights f 1 and f 2 , and this becomes the reference wave F R (F R = | f 1 −f 2 |).
Also, the other light f 1 split by the beam splitter 2 and
f 2 is further optically divided into beams f 1 and f 2 by the beam splitter 3, the beam f 1 is sent to the movable reflecting mirror 5, and when the movable reflecting chain 5 moves in the X direction, the beam f 1 is emitted. Undergoes Doppler modulation of ± Δf in proportion to the moving speed and becomes reflected light f 1 ± Δf. On the other hand, the light f 2 which is divided by the beam splitter 3 is reflected by fixed reflecting mirror 4, and the reflected light f 2 is combined with the reflected light f 1 ± Delta] f by the beam splitter 3, together reflected light f 1
± Δf and f 2 are light f 1 ± Δf and f 2 by the photodetector 7.
Is converted into an electric signal F P of the interference light intensity of. Here, the frequency of the electric signal F P is the difference frequency between the lights f 1 ± Δf and f 2 .
Therefore, when the electric signal F R is used as the reference wave, the electric signal F P
Is a transfer modulation wave in which the reference signal F R is transfer-modulated by the moving displacement X of the movable reflecting mirror 5. Specifically, when λ is the wavelength of the light f 1 , the phase of the transfer modulation wave F P is shifted 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 of FIG. 7 will be described with reference to the timing chart of FIG.

先ず第8図(A)に示すようなレーザ測長器1からの基
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RVを出力する。位相比較器9からの出力電圧RVはLPF
(ローパスフィルタ)10で平滑化され、更にVCO(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CLK′を発振
出力する。カウントパルスCLK′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MSBとなる。以上のことから
位相比較器9,LPF10,VCO11及びカウンタ8はPLL回路を構
成しており、これによりカウントパルスCLK′は基準波F
R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"〜“63"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′
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FPの基
準波FR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。
First, the reference wave F R from the laser length measuring device 1 as shown in FIG. 8 (A) is input to the phase comparator 9, and the most significant bit signal MSB of the output signal T ′ of the counter 8 (FIG. 8 (B) ) Reference), and outputs a voltage RV with a pulse width proportional to the amount of phase shift. The output voltage RV from the phase comparator 9 is LPF
It is smoothed by a (low-pass filter) 10 and is further input to a VCO (voltage controlled oscillator) 11 to oscillate and output a count pulse CLK 'as shown in FIG. 4 (C) having a frequency according to the phase difference amount. The count pulse CLK 'is input to the counter 8 and divided by 64 as shown in FIG. 8 (D) to become the most significant bit signal MSB of the counter output signal T'. From the above, the phase comparator 9, LPF10, VCO11, and counter 8 constitute a PLL circuit, whereby the count pulse CLK 'is the reference wave F.
The frequency is 64 times that of R. Further, the output signal T ′ of the counter 8 is a signal that changes in a sawtooth shape from “0” to “63” within almost one cycle of the reference wave F R as shown in FIGS. 8 (A) and (D). Become. Output signal T'of counter 8
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 F P as shown in FIG. 8 (E). It becomes the phase difference within one wavelength with respect to the reference wave F R of P. Therefore, the displacement X up to λ / 2 of the movable reflecting mirror 5 can be detected by the operation up to this point.

次に、信号x′は次回の位相変調波FP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。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Δxが下記(1)式の
条件により第8図(H)に示すようなアップパルスUP
はダウンパルスDPを出力する。
Next, the signal x ′ is stored as the signal x ″ in the latch circuit 13 at the next fall of the phase modulated wave F P , but the signal x ″ becomes the signal immediately before the signal x ′ changes. The signal x ′ and the signal x ″ are subtracted in the up / down pulse generator 14,
Subtraction value Δx as shown in FIG. 8 (G) to output an up pulse U P or down pulse D P as shown in FIG. 8 under the following conditions (1) (H).

アップダウンパルス発生器14からのアップパルスUP又は
ダウンパルスDP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xuでアップダウンカウン
タ15より出力する(第8図(I)参照)。ここで、信号
x′を下位桁とし、信号xuを上位桁、つまり64×xu
x′とする信号xは基準波FRに対する位相変調波FPの位
相差xとなる。したがって、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。
Up pulse U P or down pulse D P from the up-down pulse generator 14 is up-counted or down-counted up-down counter 15, the phase-modulated wave F P reference wave F R
The phase difference with respect to is output from the up / down counter 15 at the reference wave wavelength number x u (see FIG. 8 (I)). Here, the signal x ′ is the lower digit, and the signal x u is the upper digit, that is, 64 × x u +
The signal x to be x'becomes the phase difference x of the phase modulation wave F P with respect to the reference wave F R. Therefore, the moving 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 FIGS. 8 (D), (F) and (J) is
The values in the case where there is no follow-up delay of the PLL circuit are shown, and the hatched portion B in FIG. 11 (J) shows the error due to the follow-up delay, that is, the 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 such as the shaded portion B occurs as compared with the case where there is no tracking delay of the PLL circuit like the 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f2
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。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。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional example shown in FIG. 7, the difference frequency between the oscillation lights f 1 and f 2 of the laser oscillator 1, that is, the frequency of the reference wave F R fluctuates as shown in the timing chart of FIG. Therefore, in the PLL circuit having the LPF, the count pulse CLK ′ is added to the frequency fluctuation of the reference wave F R.
The frequency of cannot follow the synchronization accurately. Therefore, there is a problem that a displacement detection error corresponding to this tracking error occurs in the displacement detection value. In addition, it is difficult to make a low-pass filter and a voltage controlled oscillator in the PLL circuit into a digital circuit, and it is 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 has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to convert a signal from a displacement amount detector by a phase modulation method such as a laser length measuring device into a numerical value proportional to a highly accurate displacement amount. And to provide a displacement detection device that is highly integrated and easy to integrate.

(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ΔTPを前記周期ΔTR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ΔTPを測定する第2の手段と、
前記遅延時間ΔTPを前記周期ΔTRに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 Problem) 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, and the above object of the present invention is to provide an oscillator that outputs a count pulse at a constant frequency. Using a counter that measures the time with a count pulse from, the period ΔT R of the reference wave and the delay time ΔT P of the phase-modulated wave with respect to the reference wave are measured in parallel, and the delay time ΔT is almost simultaneously obtained by a divider. This is achieved by detecting the phase difference of the phase modulation wave with respect to the reference wave, that is, the displacement amount by dividing P by the period ΔT R. 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 ΔT R of the reference wave by the count pulse, and the count pulse for measuring the period ΔT R in parallel. Second means for measuring the delay time ΔT P of the phase modulated wave with respect to the reference wave,
It is achieved by providing a calculating means for dividing the delay time ΔT P into the period ΔT R.

(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 solving 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 substantially at the same time. Since the phase difference of the phase modulated wave with respect to the reference wave is detected,
There is little response delay due to fluctuations in the reference wave, and because it can be configured with a digital circuit, high integration is easy.

(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.

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 block diagram showing an embodiment of a laser length measuring device and a displacement detecting device according to the present invention in correspondence with FIG. 7, and its operation will be described with reference to the timing chart of FIG.

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(A)に示すような一定周波数の
カウントパルスCLKにより同図(B)に示すような鋸歯
状の時間信号T(0≦T≦(27−1)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FRの立ち下がり
時間TRとして記憶される。また、時間TRはラッチ回路19
により基準波FRの立ち下がりで、基準波FRの立ち下がり
一周期前の時間TR′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0〜
(27−1)までの7ビットに限定することで、TR<TR
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FPの立ち下がりで位相変調波の立ち下がり時
間TPとして記憶される。時間TPは減算器22において基準
波FRの立ち下がり時間TR減算され、位相変調波FPの基準
波FRに対する波形立ち下がり遅延時間ΔTP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除算され、位相変調波FPの基準波FR
対する一周期内分の位相差信号x′として第2図(G)
に示す如く出力される(ただし、位相差信号x′はΔTP
/ΔTR×64の下位6ビットである)。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。
In FIG. 1, the laser oscillator 1, the beam splitters 2, 3
The fixed reflecting mirror 4, the movable reflecting mirror 5, and the photodetectors 6 and 7 show the same laser length measuring device as in FIG. 7, and the description thereof will be omitted here. The counter 17 uses a sawtooth-shaped time signal T (0≤T≤ (2 7 as shown in FIG. 2B by a count pulse CLK having a constant frequency as shown in FIG. 2A from the count clock oscillator 16. -1) binary signal)
The time signal T is output by the latch circuit 18 in the same figure (C).
At the fall of the reference wave F R as shown in, is stored as the fall time T R of the reference wave F R. In addition, the time T R depends on the latch circuit 19
By the falling edge of the reference wave F R, stored as falling one cycle before the time of the reference wave F R T R '. Time T R and T R
Are both input to the subtractor 21, and the subtractor 21 outputs 0 to
By limiting to 7 bits up to (2 7 -1), T R <T R
However, the time ΔT R from the previous fall to the next fall, that is, the reference wave period ΔT R of the reference wave F R is always output as shown in FIG. 2 (E). Further, the time signal T from the counter 17 is stored by the latch circuit 20 as the fall time T P of the phase modulation wave at the fall of the phase modulation wave F P shown in FIG. The time T P is subtracted by the fall time T R of the reference wave F R in the subtractor 22 and output as the waveform fall delay time ΔT P of the phase modulation wave F P with respect to the reference wave F R as shown in FIG. 2 (F). It The delay time ΔT P is divided by the reference wave period ΔT R by the divider 23, and a phase difference signal x ′ of one phase of the phase modulation wave F P with respect to the reference wave F R is obtained as shown in FIG.
Is output (however, the phase difference signal x ′ is ΔT P
/ ΔT R × 64 lower 6 bits). Therefore, by 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x′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FPの基準波FRに対する位相差波
長数xuを出力する。したがって、信号x′を下位桁と
し、位相差波長数xuを上位桁、つまり64×xu+x′とす
る信号xは基準波FR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
xは同図(H)のようになる。また、パルス発生器14か
らのアップパルスUPは第2図(I)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 x'is stored as the signal x "by the latch circuit 13 at the fall of the phase modulation wave F P or the fall of the reference wave F R , and the signal x" is the signal before the change of the signal x '. Becomes The up / down pulse generator 14 and the up / down counter 15 determine the phase difference wavelength number x u of the phase modulated wave F P with respect to the reference wave F R based on the signals x ″ and x ′, as in the operation of FIG. Therefore, the signal x having the signal x ′ as the lower digit and the phase difference wavelength number x u as the upper digit, that is, 64 × x u + x ′ represents the phase difference of the phase modulated wave F P with respect to the reference wave F R. That is, the output x'of the latch circuit 13 is the second
As shown in (G), the subtraction value Δ shown in the above equation (1)
x is as shown in FIG. Also, up pulse U P from the pulse generator 14 is output as the second diagram (I),
The output phase difference x is as shown in FIG. In addition,
A broken line characteristic C in FIG. 2 (J) shows a case where there is no follow-up delay of the above-mentioned conventional method. As a result, the displacement detector of FIG. 1 can detect the 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 described above, according to the apparatus shown in FIG. 1, the error can be made smaller than that of the conventional method and the digital circuit which can be easily highly integrated can be formed like the signal x in the timing chart of FIG. 2 (J). It is possible to configure the device.

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 block diagram showing another embodiment of the present invention.
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RST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RST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へ入力する。カウンタ36はリセット信号RSTの“H"で
出力をクリアした後、リセット信号RST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)の如くカウントアップし、計数停止後の計数値Δ
TRをリセット信号RSTが“H"になるまでラッチ回路38で
第4図(G)に示す如く保持する。ここで、計数値ΔTR
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FRの周期となり、ラッチ回路38は、基準波周期ΔTR
リセット信号RST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33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RST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へ入力する。カウンタ
37はリセット信号RSTの“H"で出力をクリアされた後、
リセット信号RSTが“L"に変化した直後から位相変調波F
Pが立ち上がるまでの間を第4図(E)に示すようにカ
ウントアップし、計数停止後の計数値ΔTPをリセット信
号RST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RSTの立ち上
がりで記憶する。基準波FR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ΔTP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x′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RSTの立ち
上がりで位相差信号x′の変化する一つ前の信号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
カウンタ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FPの位相差xを検出すること
ができる。
In FIG. 3, the reference wave F R is divided by 2 by the frequency divider 30, and the divided signal F R / 2 is input to the logic circuit 31 and the logic circuit 31.
Reference wave F R inverted signal and the signal F R / 2 and logical product of the fourth view reset signal RST shown in (C) the reference wave F R of the
Is output every two cycles. D type flip-flop 32
The AND circuit 34 counts the count pulse CLK from the count clock oscillator 16 from when the reset signal RST becomes “H” to “L” until the reference wave F R rises.
Input to 36. The counter 36 counts up as shown in FIG. 4 (D) from immediately after the reset signal RST changes to “L” until the reference wave F R rises after the output is cleared by the reset signal RST “H”. , Count value after counting is stopped Δ
The latch circuit 38 holds T R as shown in FIG. 4 (G) until the reset signal RST becomes "H". Where the count value ΔT R
Becomes a period of the reference wave F R from the rise of the reference wave F R to the next rising, the latch circuit 38 stores the reference wave period [Delta] T R at the rising edge of the reset signal RST. Further, the D-type flip-flop 33 and the AND circuit 35 change the count pulse CLK from the count clock oscillator 16 to “L” after the reset signal RST becomes “H” and then the phase modulation wave F P
Is input to the counter 37 until is started. counter
37 is after the output is cleared by the reset signal RST “H”,
Immediately after the reset signal RST changes to “L”, the phase modulated wave F
Counting up is performed until P rises as shown in FIG. 4 (E), and the count value ΔT P after counting is stopped by the latch circuit 39 in FIG. 4 (F) until the reset signal RST becomes “H”. Hold as shown in. Here, the count value ΔT P is the phase modulation wave F P
The waveform rise delay time with respect to the reference wave F R becomes, and the latch circuit 39 stores the delay time ΔT P at the rise of the reset signal RST. Reference wave F period [Delta] T R and the reference wave F delay time [Delta] T P of the phase modulation wave F P for R of R in the case of Figure 1 is input to one period in the amount of similarly reference wave F R to the divider 23 Is output from the divider 23 as the phase difference signal x '(see FIG. 4 (H)). The latch circuit 13 stores the signal x ″, which is one signal before the phase difference signal x ′ changes at the rising edge of the reset signal RST, and uses the up / down pulse generator 14 and the up / down counter 15 for the same method as shown in FIG. Thus, the phase difference x of the phase modulation wave F P with respect to the reference wave F R can be detected.

一方、第5図は本発明をソフトウエア的に処理する実施
例を示す構成図であり、その例では、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F
Pも分周器41により128分周した信号FP′に変換される。
これにより、信号FR′に対する信号FP′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。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CLKにより時間信号T(0≦T≦$3FFF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FR′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。また、時間信号Tはラッチ回路
44により信号FP′の立ち上がりで、信号FP′の立ち上が
り時間TPとして記憶される。
On the other hand, FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is processed by software, in which the reference wave F R is a frequency divider.
It is converted to a signal F R ′ divided by 128 by 40, and the phase modulated wave F
P is also converted by the frequency divider 41 into a signal F P ′ whose frequency is divided by 128.
As a result, the phase difference of the signal F P ′ with respect to the signal F R ′ is 1/128 of the phase difference of the phase modulation wave F P with respect to the reference wave F R. The counter 42 outputs a time signal T (a binary signal of 0 ≦ T ≦ $ 3FFF) by the count pulse CLK from the count clock oscillator 16, and the time signal T is signal F R ′ at the rising edge of the signal F R ′ by the latch circuit 43. It is stored as the rising time T R of the R '. Further, the time signal T is a latch circuit
'At the rising edge of the signal F P' signal F P by 44 are stored as the rising time T P of.

ここにおいて、マイクロプロセッサ45は第6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S1)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TRを読込み
(ステップS2)、前回の信号FR′の立ち上がり時間TR
の差ΔTRを求め(ステップS3)、さらに16進数“$3FF
F"との論理積をとり(ステップS4)、TR<TR′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′の立ち上がり時間TPを読込み
(ステップS7)、信号FR′の立ち上がり時間TRとのΔ
TP、つまり信号FP′の信号FR′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(ステップS10)、差Δ
TRで除算後に16進数“$1FFF"との論理積をとることに
より(ステップS11)、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“$2000"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を対する位相差x′から前回の
位相差x″との差Δxを演算し(ステップS12)、差Δ
xが信号FR′の半周期以上の値(±$1000)を越えたか
どうかを判定し(ステップS14,S16)、変数xuを増減す
ることで信号FP′の信号FR′に対する位相差の波長数を
xuとして求める(ステップS15,S17)。そして、波長数x
uを16進数“$2000″で乗算し(ステップS20)、一周期
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S21)、外部へ信
号xして出力する。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($200
0)分の1となるしたがって、位相差信号xは基準波FR
に対する位相変調波FPの位相差を、基準波FRの一周期の
64(8192/128)分の1の分解能で検出することができ
る。
Here, the microprocessor 45 operates according to the flowchart of FIG. That is, first, when the signal F R ′ rises (step S1), the microprocessor 45 reads the rising time T R of the signal F R ′ from the latch circuit 43 (step S2), and sets it as the previous rising time T R of the signal F R ′. Difference ΔT R is calculated (step S3), and the hexadecimal number “$ 3FF” is added.
The logical product with F "is calculated (step S4), and the processing is performed so that the difference ΔT R is always the cycle (> 0) of the signal F R 'even when T R <T R ' (step S5). After the rise of the signal F P ′ (step S6), the microprocessor 45 reads the rise time T P of the signal F P ′ from the latch circuit 44 (step S7), and compares it with the rise time T R of the signal F R ′. Δ
T P , that is, the waveform rising delay time of the signal F P ′ with respect to the signal F R ′ is obtained (step S8). Next, the delay time ΔT P is multiplied by the hexadecimal number “$ 2000” (step S10), and the difference Δ
By taking the logical product of the T R 16 hexadecimal after dividing "$ 1FFF" (step S11), 16 hexadecimal one period of signal F P phase difference x 'signal F R' for 'signal F R of'' It is calculated in the unit of $ 2000 "and within the range of one cycle of the signal F R ′. Further, the difference Δx between the phase difference x ′ of the signal F P ′ with respect to the signal F R and the previous phase difference x ″ is calculated (step S12), and the difference Δx is calculated.
It is determined whether or not x exceeds a value (± $ 1000) equal to or more than a half cycle of the signal F R ′ (steps S14, S16), and the variable x u is increased or decreased to increase the position of the signal F P ′ with respect to the signal F R ′. The number of wavelengths of the phase difference
x u is obtained (steps S15 and S17). And the number of wavelengths x
u is multiplied by the hexadecimal number “$ 2000” (step S20), and the result is added as the phase difference x ′ within one period to obtain the phase difference x of the signal F P ′ with respect to the signal F R ′ (step S21). Signal x to and output. The resolution of the phase difference signal x flowchart of FIG. 6, one period of the signal F R '8192 ($ 200
Therefore, the phase difference signal x becomes the reference wave F R.
For the phase difference of the phase modulated wave F P, one period of the reference wave F R
It can detect with a resolution of 1/64 (8192/128).

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FF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FP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のマイク
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。これは、レーザ測長器のように基準波周波数が数
MHz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。
As shown in FIG. 5 explained above, the reference wave F R and the phase modulation wave F P
When the phase difference x of the phase-modulated wave F P with respect to the reference wave F F is detected from the signal obtained by dividing N by N in the same manner as the displacement detection device of FIG. 1, the reference wave F R and the phase-modulated wave F P are detected. By making the cycle of N times longer, it becomes easier to perform the software processing of the microprocessor 45, which is a part of the circuit, as shown in FIG. This is because the reference wave frequency is a few
When it becomes MHz, it 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。
(Effect of the Invention) According to the present invention, the displacement amount of the detector that outputs the displacement amount as the phase-modulated wave with respect to the reference wave is measured by measuring the period of the reference wave and the delay time of the phase-modulated wave with respect to the reference wave at substantially the same time. ,
The phase difference of the phase modulated wave with respect to the reference wave is detected and obtained. Therefore, the error of the detected displacement amount when the frequency of the reference wave fluctuates can be reduced. In addition, since it can be configured with all digital circuits, high integration is easy compared with the device using the conventional PLL circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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、8,17,36,37,42……カウンタ、9……位相比較
器、10……LPF、11……VCO、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、30,40,41……分
周器、32,33……フリップフロップ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a timing chart showing an example of the operation, FIGS. 3 and 5 are block configuration diagrams showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 6 are timing charts showing the respective operation examples. FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional device, and FIG. 8 is a flow chart showing an example of its operation. 1 ... Laser oscillator, 4 ... Fixed reflector, 5 ... Movable reflector, 8,17,36,37,42 ... Counter, 9 ... Phase comparator, 10 ... LPF, 11 ... VCO, 12,13,18,19,20,38,39 ……
Latch circuit, 15-up / down counter, 16-oscillator, 21,22-subtractor, 23-divider, 30,40,41-divider, 32,33-flip-flop.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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ΔTRを測定する第1の手段と、前記周期Δ
TR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ΔTP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
算手段とを具備したことを特徴とする変位検出装置。
1. A displacement detecting device for a detector, which outputs a displacement amount as a phase-modulated wave with respect to a reference wave, and a first means for measuring a cycle ΔT R of the reference wave by an oscillator outputting a count pulse and the count pulse. And the cycle Δ
In parallel with the measurement of T R , there are provided second means for measuring the delay time ΔT P of the phase-modulated wave with respect to the reference wave by the count pulse, and calculation means for dividing the delay time ΔT P by the period ΔT R. Displacement detection device characterized by comprising.
【請求項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TRを記憶する
手段と、前記値TRの変化する一つ前の値TR′を記憶する
手段と、前記値TR及びTR′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TPを記憶する手段と、前記値TPと前
記値TR又はTR′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。
Wherein said first and second means comprises a counter for counting the count pulse, and means for storing the output value T R of the counter at the time of rise or fall of the reference signal, the value T 'means for storing said values T R and T R' previous value T R which varies between R and subtractor for calculating outputting a difference, of the counter at the time of rising or falling of the phase-modulated wave 2. The displacement detecting device according to claim 1, comprising means for storing the output value T P, and a subtractor for calculating and outputting the difference between the value T P and the value T R or T R ′.
【請求項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。
3. The first and second means comprise two sets of counters for counting the count pulses, and two sets at the time of rising or falling of the reference wave for every n periods (n ≧ 2). Means for clearing the counter and starting counting, a means for stopping one of the two sets of counters at the rising or falling of the reference wave after the start of counting, and the other of the two sets of counters. The means for stopping the counting at the rising or falling of the phase-modulated wave after the start of counting, and the means for storing the count output value from the stop of counting of the two sets of counters until it is cleared. 1. The displacement detection device according to 1.
【請求項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。
4. The displacement detecting device according to claim 1, means for storing a detected displacement x ″ that is one before the detected displacement x ′ of the displacement detecting device, and the detected displacements x ′ and x ″. Displacement detecting device, comprising: a subtractor for calculating and outputting the difference Δx of the difference Δx, and a counting means for counting up or down depending on the magnitude of the difference Δx.
【請求項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。
5. A displacement detecting device for a detector that outputs a displacement amount as a phase-modulated wave with respect to a reference wave, wherein a first frequency divider that divides the reference wave by N and the phase-modulated wave is divided by N. A second frequency divider, and the displacement detection device according to claim 1 or 4, which receives the reference wave after the N division and the phase-modulated wave after the N division as inputs. Displacement detection device.
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