JPH10111361A - リニア型光位置・速度センサの信号出力方法 - Google Patents
リニア型光位置・速度センサの信号出力方法Info
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- JPH10111361A JPH10111361A JP8262101A JP26210196A JPH10111361A JP H10111361 A JPH10111361 A JP H10111361A JP 8262101 A JP8262101 A JP 8262101A JP 26210196 A JP26210196 A JP 26210196A JP H10111361 A JPH10111361 A JP H10111361A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はリニア型光位置・速度センサの信号
出力方法に関し、特に、変調波として台形波を用い、位
置・速度信号及び速度信号のみの検出を行うことを目的
とする。 【解決手段】 本発明によるリニア型光位置・速度セン
サの信号出力方法は、レーザダイオード(1)に注入され
た電流の電流変調を台形波とし、この台形波の斜線部分
で位置・速度信号を得ると共に、その上底部分で速度信
号のみを検出するようにした構成である。
出力方法に関し、特に、変調波として台形波を用い、位
置・速度信号及び速度信号のみの検出を行うことを目的
とする。 【解決手段】 本発明によるリニア型光位置・速度セン
サの信号出力方法は、レーザダイオード(1)に注入され
た電流の電流変調を台形波とし、この台形波の斜線部分
で位置・速度信号を得ると共に、その上底部分で速度信
号のみを検出するようにした構成である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニア型光位置・
速度センサの信号出力方法に関し、特に、変調波として
台形波を用い、光ファイバを経て得られた移動ミラー反
射光と、光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻
り光と、を重畳して干渉波を得ることにより、位置と速
度及び速度のみの検出を行うための新規な改良に関す
る。
速度センサの信号出力方法に関し、特に、変調波として
台形波を用い、光ファイバを経て得られた移動ミラー反
射光と、光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻
り光と、を重畳して干渉波を得ることにより、位置と速
度及び速度のみの検出を行うための新規な改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種のリニア型
光位置センサとしては、図８に示す構成が一般に採用さ
れていた。すなわち、図８において符号１で示されるも
のはレーザダイオードであり、このレーザダイオードで
注入電流を三角波変調して得たＦＭ変調による光信号
は、第１光カプラ２、光ファイバ３、第２光カプラ４及
び第１分岐光ファイバ５を経て固定ミラー７で反射し、
他の第２分岐光ファイバ６を経た光信号は移動ミラー８
で反射する。前記各ミラー７，８で反射した各反射光が
第２光カプラ４で重畳されて干渉波９が発生し、この干
渉波９を受光素子１０により電気信号１０ａに変換し、
この時の干渉波９のビート周波数ｆｂは、次の式により
与えられる。 ｆｂ＝４・ｆｍ・△ν・Ｌ／Ｃ ・・・（１） 但し、ｆｍ＝三角波変調周波数 △ν＝レーザダイオードの周波数変移量 Ｌ＝固定及び移動ミラー間の光路差長 Ｃ＝光速 ＬはＴ（１／２・ｆｍ）中に生じるビート波数Ｎを測定
することにより、（２）式のように求めることができ
る。 Ｌ＝ＣＮ／２・△ν ・・・（２）
光位置センサとしては、図８に示す構成が一般に採用さ
れていた。すなわち、図８において符号１で示されるも
のはレーザダイオードであり、このレーザダイオードで
注入電流を三角波変調して得たＦＭ変調による光信号
は、第１光カプラ２、光ファイバ３、第２光カプラ４及
び第１分岐光ファイバ５を経て固定ミラー７で反射し、
他の第２分岐光ファイバ６を経た光信号は移動ミラー８
で反射する。前記各ミラー７，８で反射した各反射光が
第２光カプラ４で重畳されて干渉波９が発生し、この干
渉波９を受光素子１０により電気信号１０ａに変換し、
この時の干渉波９のビート周波数ｆｂは、次の式により
与えられる。 ｆｂ＝４・ｆｍ・△ν・Ｌ／Ｃ ・・・（１） 但し、ｆｍ＝三角波変調周波数 △ν＝レーザダイオードの周波数変移量 Ｌ＝固定及び移動ミラー間の光路差長 Ｃ＝光速 ＬはＴ（１／２・ｆｍ）中に生じるビート波数Ｎを測定
することにより、（２）式のように求めることができ
る。 Ｌ＝ＣＮ／２・△ν ・・・（２）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のリニア型光位置
センサは、以上のように構成されていたため、次のよう
な課題が存在していた。すなわち、三角波変調を用いて
いるため、位置・速度信号を得ることはできたが、速度
信号のみを得ることは困難であり、この種のリニア型光
位置センサの出力から速度信号のみを取出すためには、
追加の処理回路を必要としていた。また、位置信号は、
位置・速度信号より上部で得た速度信号分を差し引き演
算することにより得ることができる。
センサは、以上のように構成されていたため、次のよう
な課題が存在していた。すなわち、三角波変調を用いて
いるため、位置・速度信号を得ることはできたが、速度
信号のみを得ることは困難であり、この種のリニア型光
位置センサの出力から速度信号のみを取出すためには、
追加の処理回路を必要としていた。また、位置信号は、
位置・速度信号より上部で得た速度信号分を差し引き演
算することにより得ることができる。
【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、変調波として台形波を用
い、光ファイバを経て得られた移動ミラー反射光と、光
ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り光と、を
重畳して干渉波を得ることにより、位置と速度及び速度
のみの検出を行うようにしたリニア型光位置・速度セン
サの信号出力方法を提供することを目的とする。
めになされたもので、特に、変調波として台形波を用
い、光ファイバを経て得られた移動ミラー反射光と、光
ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り光と、を
重畳して干渉波を得ることにより、位置と速度及び速度
のみの検出を行うようにしたリニア型光位置・速度セン
サの信号出力方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によるリニア型光
位置・速度センサの信号出力方法は、レーザダイオード
から出力されるＦＭ変調による光信号を光ファイバを経
て移動ミラーに入射させると共に、前記移動ミラーで反
射した移動ミラー反射光と、前記光ファイバの端面で反
射した光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り
光と、を重畳して干渉波を得るようにしたリニア型光位
置・速度センサにおいて、前記レーザダイオードに注入
された電流の電流変調を台形波とし、この台形波の斜線
部分で位置と速度の信号を検出し、前記台形波の上底部
分で速度信号のみを検出するようにした方法である。
位置・速度センサの信号出力方法は、レーザダイオード
から出力されるＦＭ変調による光信号を光ファイバを経
て移動ミラーに入射させると共に、前記移動ミラーで反
射した移動ミラー反射光と、前記光ファイバの端面で反
射した光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り
光と、を重畳して干渉波を得るようにしたリニア型光位
置・速度センサにおいて、前記レーザダイオードに注入
された電流の電流変調を台形波とし、この台形波の斜線
部分で位置と速度の信号を検出し、前記台形波の上底部
分で速度信号のみを検出するようにした方法である。
【０００６】
【作用】本発明によるリニア型光位置・速度センサの信
号出力方法においては、レーザダイオードは、注入電流
を台形波変調して光ファイバに入射し、移動ミラーで反
射した移動ミラー反射光と、光ファイバの端面で反射し
た光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り光
と、を重畳して干渉波を得ていると共に、変調波が台形
波であるため、斜線部分で位置・速度信号を得ると共
に、上底部分で速度信号のみを検出でき、速度信号のみ
の出力を希望するユーザーの要求に応えることができ
る。
号出力方法においては、レーザダイオードは、注入電流
を台形波変調して光ファイバに入射し、移動ミラーで反
射した移動ミラー反射光と、光ファイバの端面で反射し
た光ファイバ端面戻り光又は固定ミラーからの戻り光
と、を重畳して干渉波を得ていると共に、変調波が台形
波であるため、斜線部分で位置・速度信号を得ると共
に、上底部分で速度信号のみを検出でき、速度信号のみ
の出力を希望するユーザーの要求に応えることができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるリ
ニア型光位置速度センサの信号出力方法の好適な実施の
形態について詳細に説明する。なお、従来例と同一又は
同等部分には同一符号を付して説明する。まず、センサ
の一例として、光ファイバ端面戻り光を用いた場合の構
成を示すが、図８にて示す固定ミラーからの戻り光を用
いる場合の構成も同様に適用できるものである。図１及
び図２において符号１で示されるものはレーザダイオー
ドであり、このレーザダイオード１で注入電流を台形波
変調して得たＦＭヘテロダイン変調による光信号は、コ
リメートレンズ３０で集光され、光カプラ２、光ファイ
バ３及び端面３ａで反射した光ファイバ端面戻り光２０
（約４％）と、この端面３ａから出射して移動ミラー８
にて反射した移動ミラーを反射光２１と、が干渉波９と
して受光素子１０に入射し、この受光素子１０で電気信
号に変換される。
ニア型光位置速度センサの信号出力方法の好適な実施の
形態について詳細に説明する。なお、従来例と同一又は
同等部分には同一符号を付して説明する。まず、センサ
の一例として、光ファイバ端面戻り光を用いた場合の構
成を示すが、図８にて示す固定ミラーからの戻り光を用
いる場合の構成も同様に適用できるものである。図１及
び図２において符号１で示されるものはレーザダイオー
ドであり、このレーザダイオード１で注入電流を台形波
変調して得たＦＭヘテロダイン変調による光信号は、コ
リメートレンズ３０で集光され、光カプラ２、光ファイ
バ３及び端面３ａで反射した光ファイバ端面戻り光２０
（約４％）と、この端面３ａから出射して移動ミラー８
にて反射した移動ミラーを反射光２１と、が干渉波９と
して受光素子１０に入射し、この受光素子１０で電気信
号に変換される。
【０００８】前記移動ミラー８は、ロッド４０を有し、
このロッド４０は箱状の光センサ本体４１内で所定量の
ストロークで移動することができるように構成され、前
述と同じレーザダイオード１及び光ファイバ３を有する
チャンネル５０が冗長性を持たせるために複数個設けら
れている。なお、図２の構成は、実際の断面構成にて示
すと図３の通りであり、同一部分には同一符号を付し、
説明は省略する。
このロッド４０は箱状の光センサ本体４１内で所定量の
ストロークで移動することができるように構成され、前
述と同じレーザダイオード１及び光ファイバ３を有する
チャンネル５０が冗長性を持たせるために複数個設けら
れている。なお、図２の構成は、実際の断面構成にて示
すと図３の通りであり、同一部分には同一符号を付し、
説明は省略する。
【０００９】また、図７は、前述のレーザダイオード１
の駆動及び干渉波９の処理系の概略をブロック図として
示すもので、本発明において特に採用された台形波変調
を示すものであり、以下にその信号出力方法について述
べる。図７において、前記レーザダイオード１の駆動信
号１Ａは、１ＫＨＺの周波数作成回路７０、三角波作成
回路７１、台形波作成回路７２及び台形タイミング波作
成回路７３からなる台形波変調用回路７３からの台形変
調信号７２ａにより台形波変調されている。
の駆動及び干渉波９の処理系の概略をブロック図として
示すもので、本発明において特に採用された台形波変調
を示すものであり、以下にその信号出力方法について述
べる。図７において、前記レーザダイオード１の駆動信
号１Ａは、１ＫＨＺの周波数作成回路７０、三角波作成
回路７１、台形波作成回路７２及び台形タイミング波作
成回路７３からなる台形波変調用回路７３からの台形変
調信号７２ａにより台形波変調されている。
【００１０】前記受光素子１０に入力された干渉波９
は、増巾された後に波形整形回路８０で直流分がカット
（波形ＡからＢからＣに示すように）された後に、この
パルス状となった干渉波９（波形Ｃで示す）は、書換可
能型メモリ回路（イレーザブル・プログラマブル・ロジ
ック・デバイス）１００のメインカウンタ１００ａ、第
１サブカウンタ１００ｂ及び第２サブカウンタ１００ｃ
でカウントされ、１２ビットのパラレル信号として位置
・速度信号１０１が同時に出力される。
は、増巾された後に波形整形回路８０で直流分がカット
（波形ＡからＢからＣに示すように）された後に、この
パルス状となった干渉波９（波形Ｃで示す）は、書換可
能型メモリ回路（イレーザブル・プログラマブル・ロジ
ック・デバイス）１００のメインカウンタ１００ａ、第
１サブカウンタ１００ｂ及び第２サブカウンタ１００ｃ
でカウントされ、１２ビットのパラレル信号として位置
・速度信号１０１が同時に出力される。
【００１１】また、前述の干渉波９のビート周波数は、
以下の（１）式により得られる。 ｆｂ＝４・ｆｍ・△ν・Ｌ／Ｃ ・・・（１） ｆｍ：台形波変調周波数 △ν：ＬＤの周波数変移量 Ｌ：光路差長 Ｃ：光速 ここで、Ｌが測定する長さは、（１）式より、 Ｌ＝Ｃ・Ｎ／４・△ν ・・・（２） （Ｎ＝ｆｂ／ｆｍ：ビート波数）となる。次に移動ミラ
ー８が高速で移動した場合、光のドップラシフトが発生
し、（１）式ビート周波数に対し、加減算される。移動
ミラー速度νで発生するドップラシフトｆｄは、 ｆｄ＝２・ν／λ−COSθ ・・・（３） λ：光の波長 θ：光源に対する移動方向のなす角本センサではCOSθ
＝±１ 従って、νの速度の時の最終ビート周波数Ｆｂは、 Ｆｂ＝│ｆｂ±ｆｄ│ ・・・（４） で発生する。図４〜図６に移動ミラー停止時、及び伸び
縮み方向移動時のビート波を示す。この波形で判る通
り、 ｆａｍ−ｆｄあるいはｆｂｍ−ｆｄ ・・・（５） （Ｆｂ＝ｆａｍ，ｆｂｍ）の演算をすることで、動作時
の位置データを検出できる。又、同時に計測している台
形波上底部ビート波ｆｄは、速度信号そのものであるか
ら、本構成によるリニアセンサは、位置と速度の相方の
同時検出機能を備えていると言える。
以下の（１）式により得られる。 ｆｂ＝４・ｆｍ・△ν・Ｌ／Ｃ ・・・（１） ｆｍ：台形波変調周波数 △ν：ＬＤの周波数変移量 Ｌ：光路差長 Ｃ：光速 ここで、Ｌが測定する長さは、（１）式より、 Ｌ＝Ｃ・Ｎ／４・△ν ・・・（２） （Ｎ＝ｆｂ／ｆｍ：ビート波数）となる。次に移動ミラ
ー８が高速で移動した場合、光のドップラシフトが発生
し、（１）式ビート周波数に対し、加減算される。移動
ミラー速度νで発生するドップラシフトｆｄは、 ｆｄ＝２・ν／λ−COSθ ・・・（３） λ：光の波長 θ：光源に対する移動方向のなす角本センサではCOSθ
＝±１ 従って、νの速度の時の最終ビート周波数Ｆｂは、 Ｆｂ＝│ｆｂ±ｆｄ│ ・・・（４） で発生する。図４〜図６に移動ミラー停止時、及び伸び
縮み方向移動時のビート波を示す。この波形で判る通
り、 ｆａｍ−ｆｄあるいはｆｂｍ−ｆｄ ・・・（５） （Ｆｂ＝ｆａｍ，ｆｂｍ）の演算をすることで、動作時
の位置データを検出できる。又、同時に計測している台
形波上底部ビート波ｆｄは、速度信号そのものであるか
ら、本構成によるリニアセンサは、位置と速度の相方の
同時検出機能を備えていると言える。
【００１２】従って、このビート信号９ａのビート周波
数は、光路差長Ｌにより変化するものであるが、前述の
台形波の斜線部分で位置と速度信号を得ると共に、上底
部分で速度信号のみを得ることができる。従って、従来
は不可能であった速度信号のみの検出も同時に行うこと
ができ、速度信号を独立して用いるユーザー側の要求を
満たすことができる。
数は、光路差長Ｌにより変化するものであるが、前述の
台形波の斜線部分で位置と速度信号を得ると共に、上底
部分で速度信号のみを得ることができる。従って、従来
は不可能であった速度信号のみの検出も同時に行うこと
ができ、速度信号を独立して用いるユーザー側の要求を
満たすことができる。
【００１３】
【発明の効果】本発明によるリニア型光位置・速度セン
サの信号出力方法は、以上のように構成されているた
め、次のような効果を得ることができる。すなわち、変
調用として台形波を用いているため、この台形波の斜線
部分で位置・速度信号を得、上底部分で速度信号のみを
得ることができ、ロッドの移動及び停止時においても正
確な位置信号及び速度信号を得ることができる。また、
１個のセンサで位置と速度の信号を同時に得ることがで
きると共に、外部からの電磁波ノイズの影響を受けるこ
とがなく、安定した精度の信号を得ることができる。
サの信号出力方法は、以上のように構成されているた
め、次のような効果を得ることができる。すなわち、変
調用として台形波を用いているため、この台形波の斜線
部分で位置・速度信号を得、上底部分で速度信号のみを
得ることができ、ロッドの移動及び停止時においても正
確な位置信号及び速度信号を得ることができる。また、
１個のセンサで位置と速度の信号を同時に得ることがで
きると共に、外部からの電磁波ノイズの影響を受けるこ
とがなく、安定した精度の信号を得ることができる。
【図１】本発明において用いたリニア型光位置・速度セ
ンサの一例を示す構成図である。
ンサの一例を示す構成図である。
【図２】図１を詳細に示す構成図である。
【図３】図２の要部を示す構成図である。
【図４】停止時の波形図である。
【図５】増加方向作動時の波形図である。
【図６】減少方向作動時の波形図である。
【図７】ブロック図である。
【図８】従来のセンサを示す構成図である。
１ レーザダイオード ３ 光ファイバ ３ａ 端面 ８ 移動ミラー ９ 干渉波 ２０ 光ファイバ端面戻り光 ２１ 移動ミラー反射光
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザダイオード(1)から出力されるＦ
Ｍ変調による光信号を光ファイバ(3)を経て移動ミラー
(8)に入射させると共に、前記移動ミラー(8)で反射した
移動ミラー反射光(21)と、前記光ファイバ(3)の端面(3
a)で反射した光ファイバ端面戻り光(20)又は固定ミラー
(7)からの戻り光(7a)と、を重畳して干渉波(9)を得るよ
うにしたリニア型光位置・速度センサにおいて、前記レ
ーザダイオード(1)に注入された電流の電流変調を台形
波とし、この台形波の斜線部分で位置と速度の信号を検
出し、前記台形波の上底部分で速度信号のみを検出する
こと、を特徴とするリニア型光位置・速度センサの信号
出力方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26210196A JP3719553B2 (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | ３重冗長系リニア型光位置・速度センサの信号出力方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26210196A JP3719553B2 (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | ３重冗長系リニア型光位置・速度センサの信号出力方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10111361A true JPH10111361A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3719553B2 JP3719553B2 (ja) | 2005-11-24 |
Family
ID=17371057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26210196A Expired - Fee Related JP3719553B2 (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | ３重冗長系リニア型光位置・速度センサの信号出力方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3719553B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007147369A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Yamatake Corp | レーザ測長器 |
| WO2017187510A1 (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社日立製作所 | 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置 |
| CN110864622A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 |
| CN110864621A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种空分式多波长调频连续波激光干涉仪 |
| JP2020091220A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | オリンパス株式会社 | 光プローブ、光学変位計、および表面形状測定機 |
-
1996
- 1996-10-02 JP JP26210196A patent/JP3719553B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007147369A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Yamatake Corp | レーザ測長器 |
| WO2017187510A1 (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社日立製作所 | 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置 |
| JPWO2017187510A1 (ja) * | 2016-04-26 | 2018-07-19 | 株式会社日立製作所 | 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置 |
| US20180224548A1 (en) * | 2016-04-26 | 2018-08-09 | Hitachi ,Ltd. | Distance Measuring Apparatus, Distance Measuring Method, and Shape Measuring Apparatus |
| JP2020091220A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | オリンパス株式会社 | 光プローブ、光学変位計、および表面形状測定機 |
| CN110864622A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 |
| CN110864621A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种空分式多波长调频连续波激光干涉仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3719553B2 (ja) | 2005-11-24 |
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