JPH11295030A - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
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- JPH11295030A JPH11295030A JP10096299A JP9629998A JPH11295030A JP H11295030 A JPH11295030 A JP H11295030A JP 10096299 A JP10096299 A JP 10096299A JP 9629998 A JP9629998 A JP 9629998A JP H11295030 A JPH11295030 A JP H11295030A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/02—Interferometers
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- G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
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- G—PHYSICS
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- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/0201—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal phase variation
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
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- Optics & Photonics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い分解能で測定対象物の変位を検出するこ
とができるレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提
供する。 【解決手段】 プローブ３は、測定対象物２の変位量に
比例した変調成分がキャリア信号に変調されたＲＦ信号
を、フォトディテクタ１７から出力する。位相復調回路
９は、光変調器１６に供給するキャリア信号に基づき、
ＲＦ信号を中間周波数に周波数シフトさせた干渉信号
を、位相復調回路９により位相復調する。
とができるレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提
供する。 【解決手段】 プローブ３は、測定対象物２の変位量に
比例した変調成分がキャリア信号に変調されたＲＦ信号
を、フォトディテクタ１７から出力する。位相復調回路
９は、光変調器１６に供給するキャリア信号に基づき、
ＲＦ信号を中間周波数に周波数シフトさせた干渉信号
を、位相復調回路９により位相復調する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を測定対
象物に照射してこの測定対象物の変位量を測定する変位
測定装置に関し、特に、基準ミラーと測定対象物とに照
射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリ
ア信号により光変調し、これらの反射光を干渉させて得
られる干渉信号に基づき、測定対象物の変位量を測定す
る変位測定装置に関するものである。
象物に照射してこの測定対象物の変位量を測定する変位
測定装置に関し、特に、基準ミラーと測定対象物とに照
射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリ
ア信号により光変調し、これらの反射光を干渉させて得
られる干渉信号に基づき、測定対象物の変位量を測定す
る変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、物体の振動や移動位置を非接
触で検出するために、レーザ干渉技術を利用した変位測
定装置が知られている。このようなレーザ干渉技術を利
用した変位測定装置として、フリンジカウント方式の変
位測定装置が一般に用いられている。
触で検出するために、レーザ干渉技術を利用した変位測
定装置が知られている。このようなレーザ干渉技術を利
用した変位測定装置として、フリンジカウント方式の変
位測定装置が一般に用いられている。
【０００３】図６に、フリンジカウント方式の従来の変
位測定装置のブロック構成図を示す。
位測定装置のブロック構成図を示す。
【０００４】この図６に示すように、従来の変位測定装
置１００は、測定対象物１０１にレーザ光を照射して、
この測定対象物１０１の変位成分が変調されたＲＦ信号
を出力するプローブ１０２と、このＲＦ信号をＩＦ信号
に変換するミキサ回路１０３と、このＩＦ信号をフィル
タリングするバンドパスフィルタ（以下、単にＢＰＦと
呼ぶ。）１０４と、ＢＰＦ１０４によりフィルタリング
されたＩＦ信号のフリンジ成分を検出するフリンジ検出
回路１０５と、検出されたフリンジ成分をカウントし
て、デジタルの変位信号を出力するアップダウンカウン
タ（以下、単にＵ／Ｄカウンタと呼ぶ。）１０６と、Ｕ
／Ｄカウンタ１０６から出力されるデジタル変位信号を
アナログ信号に変換して、アナログの変位信号を出力す
るデジタル／アナログコンバータ（以下、単に、Ｄ／Ａ
コンバータと呼ぶ。）１０７と、キャリア信号を出力す
るキャリアオシレータ（以下、単に、キャリアＯＳＣと
呼ぶ。）１０８と、キャリア信号に基づきローカルキャ
リア信号を出力するローカルオシレータ（以下、単に、
ローカルＯＳＣと呼ぶ。）１０９とを備えている。
置１００は、測定対象物１０１にレーザ光を照射して、
この測定対象物１０１の変位成分が変調されたＲＦ信号
を出力するプローブ１０２と、このＲＦ信号をＩＦ信号
に変換するミキサ回路１０３と、このＩＦ信号をフィル
タリングするバンドパスフィルタ（以下、単にＢＰＦと
呼ぶ。）１０４と、ＢＰＦ１０４によりフィルタリング
されたＩＦ信号のフリンジ成分を検出するフリンジ検出
回路１０５と、検出されたフリンジ成分をカウントし
て、デジタルの変位信号を出力するアップダウンカウン
タ（以下、単にＵ／Ｄカウンタと呼ぶ。）１０６と、Ｕ
／Ｄカウンタ１０６から出力されるデジタル変位信号を
アナログ信号に変換して、アナログの変位信号を出力す
るデジタル／アナログコンバータ（以下、単に、Ｄ／Ａ
コンバータと呼ぶ。）１０７と、キャリア信号を出力す
るキャリアオシレータ（以下、単に、キャリアＯＳＣと
呼ぶ。）１０８と、キャリア信号に基づきローカルキャ
リア信号を出力するローカルオシレータ（以下、単に、
ローカルＯＳＣと呼ぶ。）１０９とを備えている。
【０００５】上記プローブ１０２は、レーザ光を出射す
るレーザダイオード１１１，レーザ光の分離及び合成を
行うビームスプリッタ１１２，基準ミラー１１３，及び
レーザ光を光変調する光変調器１１４からなり基準ミラ
ー１１３からの反射光と測定対象物１０１からの反射光
とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系１１０と、
この干渉光を受光して光電変換をするフォトディテクタ
１１５とを有している。
るレーザダイオード１１１，レーザ光の分離及び合成を
行うビームスプリッタ１１２，基準ミラー１１３，及び
レーザ光を光変調する光変調器１１４からなり基準ミラ
ー１１３からの反射光と測定対象物１０１からの反射光
とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系１１０と、
この干渉光を受光して光電変換をするフォトディテクタ
１１５とを有している。
【０００６】レーザダイオード１１１は、所定の波長の
レーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームス
プリッタ１１２により、２本のビームのレーザ光に分離
される。一方のレーザ光は、プローブ１０２内に固定さ
れた基準ミラー１１３に照射され、他方のレーザ光は、
光変調器１１４を介して測定対象物１０１に照射され
る。光変調器１１４は、測定対象物１０１に照射される
レーザ光を、キャリアＯＳＣ１０８から供給されるキャ
リア信号により光変調する。
レーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームス
プリッタ１１２により、２本のビームのレーザ光に分離
される。一方のレーザ光は、プローブ１０２内に固定さ
れた基準ミラー１１３に照射され、他方のレーザ光は、
光変調器１１４を介して測定対象物１０１に照射され
る。光変調器１１４は、測定対象物１０１に照射される
レーザ光を、キャリアＯＳＣ１０８から供給されるキャ
リア信号により光変調する。
【０００７】ビームスプリッタ１１２は、測定対象物１
０１からの反射光と、基準ミラー１１３からの反射光と
を合成して、干渉光を生成する。フォトディテクタ１１
５は、このビームスプリッタ１１２により生成された干
渉光を検出して、光電変換をする。
０１からの反射光と、基準ミラー１１３からの反射光と
を合成して、干渉光を生成する。フォトディテクタ１１
５は、このビームスプリッタ１１２により生成された干
渉光を検出して、光電変換をする。
【０００８】このようなプローブ１０２では、測定対象
物１０１の変位量に比例した変調成分がキャリア信号に
変調されたＲＦ信号を、フォトディテクタ１１５から出
力する。
物１０１の変位量に比例した変調成分がキャリア信号に
変調されたＲＦ信号を、フォトディテクタ１１５から出
力する。
【０００９】ミキサ回路１０３には、プローブ１０２か
らＲＦ信号が供給される。ミキサ回路１０３は、ローカ
ルＯＳＣ１０９から供給されるローカルキャリア信号に
基づき、ＲＦ信号を中間周波数帯のＩＦ信号に変換す
る。
らＲＦ信号が供給される。ミキサ回路１０３は、ローカ
ルＯＳＣ１０９から供給されるローカルキャリア信号に
基づき、ＲＦ信号を中間周波数帯のＩＦ信号に変換す
る。
【００１０】ＢＰＦ１０４には、ミキサ回路１０３から
ＩＦ信号が供給される。ＢＰＦ１０４は、所定の帯域成
分のフィルタリングを行う。
ＩＦ信号が供給される。ＢＰＦ１０４は、所定の帯域成
分のフィルタリングを行う。
【００１１】フリンジ検出回路１０５には、ＢＰＦ１０
４からフィルタリングがされたＩＦ信号が供給される。
フリンジ検出回路１０５は、キャリアＯＳＣ１０８から
供給されるキャリア信号に基づきＩＦ信号のフリンジ成
分を検出する。すなわち、フリンジ検出回路１０５は、
基準ミラー１１３からの反射光と測定対象物１０１から
の反射光との干渉光の干渉縞フリンジ成分を検出する。
４からフィルタリングがされたＩＦ信号が供給される。
フリンジ検出回路１０５は、キャリアＯＳＣ１０８から
供給されるキャリア信号に基づきＩＦ信号のフリンジ成
分を検出する。すなわち、フリンジ検出回路１０５は、
基準ミラー１１３からの反射光と測定対象物１０１から
の反射光との干渉光の干渉縞フリンジ成分を検出する。
【００１２】Ｕ／Ｄカウンタ１０６は、フリンジ検出回
路１０５により検出された干渉縞フリンジ成分をアップ
ダウンカウントする。このＵ／Ｄカウンタ１０６では、
干渉縞フリンジ成分をアップダウンカウントすることに
より、測定対象物１０１の変位量を検出することがで
き、この検出結果をデジタル変位信号として出力する。
路１０５により検出された干渉縞フリンジ成分をアップ
ダウンカウントする。このＵ／Ｄカウンタ１０６では、
干渉縞フリンジ成分をアップダウンカウントすることに
より、測定対象物１０１の変位量を検出することがで
き、この検出結果をデジタル変位信号として出力する。
【００１３】また、Ｄ／Ａコンバータ１０７は、デジタ
ル変位信号をアナログ信号に変換して、アナログ変位信
号を出力する。
ル変位信号をアナログ信号に変換して、アナログ変位信
号を出力する。
【００１４】以上のような構成のフリンジカウント方式
の従来の変位測定装置１００の動作について説明する。
の従来の変位測定装置１００の動作について説明する。
【００１５】基準ミラー１１３が測定対象物１０１内に
固定されていることから、ビームスプリッタ１１２と基
準ミラー１１３との距離ｌ1は変動しない。一方、測定
対象物１０１がレーザ光の照射方向に平行に移動するこ
とから、ビームスプリッタ１１２と測定対象物１０１と
の距離ｌ2は変動する。
固定されていることから、ビームスプリッタ１１２と基
準ミラー１１３との距離ｌ1は変動しない。一方、測定
対象物１０１がレーザ光の照射方向に平行に移動するこ
とから、ビームスプリッタ１１２と測定対象物１０１と
の距離ｌ2は変動する。
【００１６】ここで、干渉光学系１１０に光変調器１１
４が設けられていない場合、以下のような干渉光が生成
される。例えば、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場
合には、基準ミラー１１３からの反射光と測定対象物１
０１からの反射光との位相が合っているため、干渉光は
明るくなる。また、測定対象物１０１が移動して、距離
ｌ1と距離ｌ2との光路差がλ／２（λは、レーザ光の波
長）となった場合には、基準ミラー１１３からの反射光
と測定対象物１０１からの反射光と逆位相となり、干渉
光は暗くなる。従って、干渉光学系１１０に光変調器１
１４が設けられていない場合には、測定対象物１０１が
λ／２移動するごとに明暗の干渉縞が生じる干渉光が生
成される。
４が設けられていない場合、以下のような干渉光が生成
される。例えば、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場
合には、基準ミラー１１３からの反射光と測定対象物１
０１からの反射光との位相が合っているため、干渉光は
明るくなる。また、測定対象物１０１が移動して、距離
ｌ1と距離ｌ2との光路差がλ／２（λは、レーザ光の波
長）となった場合には、基準ミラー１１３からの反射光
と測定対象物１０１からの反射光と逆位相となり、干渉
光は暗くなる。従って、干渉光学系１１０に光変調器１
１４が設けられていない場合には、測定対象物１０１が
λ／２移動するごとに明暗の干渉縞が生じる干渉光が生
成される。
【００１７】これに対して干渉光学系１１０に光変調器
１１４が設けられている従来の変位測定装置１００で
は、この光変調器１１４がレーザ光を変調している。そ
のため、この従来の変位測定装置１００により生成され
る干渉光は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場合で
も、その変調周波数に応じた明暗の干渉縞が生じる。ま
た、この干渉光の干渉縞は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路
差が変化した場合には該光路差に応じて変化する。
１１４が設けられている従来の変位測定装置１００で
は、この光変調器１１４がレーザ光を変調している。そ
のため、この従来の変位測定装置１００により生成され
る干渉光は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場合で
も、その変調周波数に応じた明暗の干渉縞が生じる。ま
た、この干渉光の干渉縞は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路
差が変化した場合には該光路差に応じて変化する。
【００１８】従って、この従来の変位測定装置１００で
は、測定対象物１０１が移動することにより、変調周波
数に応じた明暗の干渉縞が変化する干渉光を生成するこ
とができる。
は、測定対象物１０１が移動することにより、変調周波
数に応じた明暗の干渉縞が変化する干渉光を生成するこ
とができる。
【００１９】従来の変位測定装置１００では、このよう
な干渉光をフォトディテクタ１１５で検出したのち、フ
リンジ検出回路１０５によりこの干渉光の干渉縞をカウ
ントして、測定対象物１０１の移動量を検出している。
な干渉光をフォトディテクタ１１５で検出したのち、フ
リンジ検出回路１０５によりこの干渉光の干渉縞をカウ
ントして、測定対象物１０１の移動量を検出している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、フリンジカ
ウント方式の従来の変位測定装置では、干渉光の干渉縞
をカウントするため、その分解能がレーザ光の波長に依
存していた。そのため、この変位測定装置では、測定対
象物１０１の変位をより高い分解能で検出することは困
難であった。
ウント方式の従来の変位測定装置では、干渉光の干渉縞
をカウントするため、その分解能がレーザ光の波長に依
存していた。そのため、この変位測定装置では、測定対
象物１０１の変位をより高い分解能で検出することは困
難であった。
【００２１】本発明の目的は、高い分解能で測定対象物
の変位を検出することができるレーザ干渉技術を利用し
た変位測定装置を提供することにある。
の変位を検出することができるレーザ干渉技術を利用し
た変位測定装置を提供することにある。
【００２２】また、本発明の目的は、測定対象物の位置
に関係なく、検出出力をゼロリセットとすることができ
るレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提供するこ
とにある。
に関係なく、検出出力をゼロリセットとすることができ
るレーザ干渉技術を利用した変位測定装置を提供するこ
とにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る変位測定装置は、基準ミラーと測定
対象物とにレーザ光を照射するレーザ光源と、基準ミラ
ーと測定対象物とに照射するレーザ光のいずれか一方を
所定の周波数のキャリア信号により光変調する光変調器
とを有し、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの
反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系と、
上記干渉光を受光して干渉信号を検出する受光素子と、
上記キャリア信号に基づき上記干渉信号を位相復調し
て、上記測定対象物の変位量を検出する変位検出手段と
を備えることを特徴とする。
めに、本発明に係る変位測定装置は、基準ミラーと測定
対象物とにレーザ光を照射するレーザ光源と、基準ミラ
ーと測定対象物とに照射するレーザ光のいずれか一方を
所定の周波数のキャリア信号により光変調する光変調器
とを有し、基準ミラーからの反射光と測定対象物からの
反射光とを干渉させた干渉光を生成する干渉光学系と、
上記干渉光を受光して干渉信号を検出する受光素子と、
上記キャリア信号に基づき上記干渉信号を位相復調し
て、上記測定対象物の変位量を検出する変位検出手段と
を備えることを特徴とする。
【００２４】この変位測定装置では、基準ミラーからの
反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光
を電気信号に変換して、その信号を位相復調し、測定対
象物の変位量を検出する。
反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた干渉光
を電気信号に変換して、その信号を位相復調し、測定対
象物の変位量を検出する。
【００２５】また、本発明に係る変位測定装置は、所定
の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生
成する干渉信号分周手段と、出力周波数が上記分周干渉
信号の中心周波数と同一となるような分周率で、上記キ
ャリア信号を分周して、分周キャリア信号を生成するキ
ャリア信号分周手段と、上記キャリア信号分周手段に供
給するリセット信号を、上記分周干渉信号に同期化させ
るリセット信号同期手段とを備え、上記キャリア信号分
周手段は、上記干渉信号に同期化されたリセット信号が
供給されたタイミングで、上記変位検出手段による位相
復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信
号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記変位
検出手段は、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号
との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調するこ
とことを特徴とする。
の分周率で上記干渉信号を分周して、分周干渉信号を生
成する干渉信号分周手段と、出力周波数が上記分周干渉
信号の中心周波数と同一となるような分周率で、上記キ
ャリア信号を分周して、分周キャリア信号を生成するキ
ャリア信号分周手段と、上記キャリア信号分周手段に供
給するリセット信号を、上記分周干渉信号に同期化させ
るリセット信号同期手段とを備え、上記キャリア信号分
周手段は、上記干渉信号に同期化されたリセット信号が
供給されたタイミングで、上記変位検出手段による位相
復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信
号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記変位
検出手段は、上記分周キャリア信号と上記分周干渉信号
との位相差を検出して、上記干渉信号を位相復調するこ
とことを特徴とする。
【００２６】この変位測定装置では、上記干渉信号に同
期されたリセット信号が供給されたタイミングで、位相
復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信
号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記分周
キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出し
て、上記干渉信号を位相復調する。
期されたリセット信号が供給されたタイミングで、位相
復調後の出力が所定の値となる位相差を上記分周干渉信
号に対して有する分周キャリア信号を生成し、上記分周
キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出し
て、上記干渉信号を位相復調する。
【００２７】
【発明の実施の形態】まず、本発明の第１の実施の形態
の変位測定装置について説明する。
の変位測定装置について説明する。
【００２８】図１に、本発明の第１の実施の形態の変位
測定装置のブロック構成図を示す。
測定装置のブロック構成図を示す。
【００２９】この図１に示すように変位測定装置１は、
測定対象物２にレーザ光を照射して、この測定対象物２
の変位成分が変調されたＲＦ信号を出力するプローブ３
と、このＲＦ信号をＩＦ信号に変換するミキサ回路４
と、このＩＦ信号をフィルタリングするＢＰＦ５と、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号
とする。）の例えば立ち上がりエッジをカウントして分
周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ６と、キャリア
信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する
逓倍回路７と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエ
ッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリ
アカウンタ８と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信
号を位相復調して、測定対象物２の変位を表す変位信号
を出力する位相復調回路９と、キャリア信号を出力する
キャリアＯＳＣ１０と、キャリア信号に基づきローカル
キャリア信号を出力するローカルＯＳＣ１１とを備えて
いる。
測定対象物２にレーザ光を照射して、この測定対象物２
の変位成分が変調されたＲＦ信号を出力するプローブ３
と、このＲＦ信号をＩＦ信号に変換するミキサ回路４
と、このＩＦ信号をフィルタリングするＢＰＦ５と、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号
とする。）の例えば立ち上がりエッジをカウントして分
周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ６と、キャリア
信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する
逓倍回路７と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエ
ッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリ
アカウンタ８と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信
号を位相復調して、測定対象物２の変位を表す変位信号
を出力する位相復調回路９と、キャリア信号を出力する
キャリアＯＳＣ１０と、キャリア信号に基づきローカル
キャリア信号を出力するローカルＯＳＣ１１とを備えて
いる。
【００３０】上記プローブ３は、レーザ光を出射するレ
ーザダイオード１３，レーザ光の分離及び合成を行うビ
ームスプリッタ１４，基準ミラー１５，及びレーザ光を
光変調する光変調器１６からなり基準ミラー１５からの
反射光と測定対象物２からの反射光とを干渉させた干渉
光を生成する干渉光学系１２と、この干渉光を受光して
光電変換をするフォトダイオード１７とを有している。
ーザダイオード１３，レーザ光の分離及び合成を行うビ
ームスプリッタ１４，基準ミラー１５，及びレーザ光を
光変調する光変調器１６からなり基準ミラー１５からの
反射光と測定対象物２からの反射光とを干渉させた干渉
光を生成する干渉光学系１２と、この干渉光を受光して
光電変換をするフォトダイオード１７とを有している。
【００３１】レーザダイオード１３は、所定の波長のレ
ーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームスプ
リッタ１４により、２本のビームのレーザ光に分離され
る。一方のレーザ光は、プローブ３内に固定された基準
ミラー１５に照射され、他方のレーザ光は、光変調器１
６を介して測定対象物２に照射される。光変調器１６
は、測定対象物２に照射されるレーザ光を、キャリアＯ
ＳＣ１０から供給されるキャリア信号により光変調す
る。
ーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、ビームスプ
リッタ１４により、２本のビームのレーザ光に分離され
る。一方のレーザ光は、プローブ３内に固定された基準
ミラー１５に照射され、他方のレーザ光は、光変調器１
６を介して測定対象物２に照射される。光変調器１６
は、測定対象物２に照射されるレーザ光を、キャリアＯ
ＳＣ１０から供給されるキャリア信号により光変調す
る。
【００３２】ビームスプリッタ１４は、測定対象物２か
らの反射光と、基準ミラー１５からの反射光とを合成し
て、干渉光を生成する。フォトディテクタ１７は、この
ビームスプリッタ１４により生成された干渉光を検出し
て、光電変換をする。
らの反射光と、基準ミラー１５からの反射光とを合成し
て、干渉光を生成する。フォトディテクタ１７は、この
ビームスプリッタ１４により生成された干渉光を検出し
て、光電変換をする。
【００３３】以上のような構成のプローブ３による干渉
光の生成動作を以下に説明する。
光の生成動作を以下に説明する。
【００３４】基準ミラー１５が測定対象物２内に固定さ
れていることから、ビームスプリッタ１４と基準ミラー
１５との距離ｌ1は変動しない。一方、測定対象物２が
レーザ光の照射方向に平行に移動することから、ビーム
スプリッタ１４と測定対象物２との距離ｌ2は変動す
る。
れていることから、ビームスプリッタ１４と基準ミラー
１５との距離ｌ1は変動しない。一方、測定対象物２が
レーザ光の照射方向に平行に移動することから、ビーム
スプリッタ１４と測定対象物２との距離ｌ2は変動す
る。
【００３５】ここで、干渉光学系１２に光変調器１６が
設けられていない場合、以下のような干渉光が生成され
る。例えば、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場合に
は、基準ミラー１５からの反射光と測定対象物２からの
反射光との位相が合っているため、干渉光は明るくな
る。また、測定対象物２が移動して、距離ｌ1と距離ｌ2
との光路差がλ／２（λは、レーザ光の波長）となった
場合には、基準ミラー１５からの反射光と測定対象物２
からの反射光と逆位相となり、干渉光は暗くなる。従っ
て、干渉光学系１２に光変調器１６が設けられていない
場合には、測定対象物２がλ／２移動するごとに明暗の
干渉縞が生じる干渉光が生成される。
設けられていない場合、以下のような干渉光が生成され
る。例えば、距離ｌ1と距離ｌ2との光路差が無い場合に
は、基準ミラー１５からの反射光と測定対象物２からの
反射光との位相が合っているため、干渉光は明るくな
る。また、測定対象物２が移動して、距離ｌ1と距離ｌ2
との光路差がλ／２（λは、レーザ光の波長）となった
場合には、基準ミラー１５からの反射光と測定対象物２
からの反射光と逆位相となり、干渉光は暗くなる。従っ
て、干渉光学系１２に光変調器１６が設けられていない
場合には、測定対象物２がλ／２移動するごとに明暗の
干渉縞が生じる干渉光が生成される。
【００３６】これに対して干渉光学系１２に光変調器１
６が設けられているプローブ３では、この光変調器１６
がレーザ光を位相変調している。そのため、プローブ３
により生成される干渉光は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路
差が無い場合でも、その変調周波数に応じた明暗の干渉
縞が生じる。また、この干渉光の干渉縞は、距離ｌ1と
距離ｌ2との光路差が変化した場合には該光路差に応じ
て変化する。
６が設けられているプローブ３では、この光変調器１６
がレーザ光を位相変調している。そのため、プローブ３
により生成される干渉光は、距離ｌ1と距離ｌ2との光路
差が無い場合でも、その変調周波数に応じた明暗の干渉
縞が生じる。また、この干渉光の干渉縞は、距離ｌ1と
距離ｌ2との光路差が変化した場合には該光路差に応じ
て変化する。
【００３７】従って、このプローブ３では、測定対象物
２が移動することにより、変調周波数に応じた明暗の干
渉縞が変化する干渉光を生成することができる。
２が移動することにより、変調周波数に応じた明暗の干
渉縞が変化する干渉光を生成することができる。
【００３８】以上のようにプローブ３では、このように
生成された干渉光をフォトディテクタ１７により検出し
て、測定対象物２の変位量に比例した変調成分がキャリ
ア信号に変調されたＲＦ信号を出力する。
生成された干渉光をフォトディテクタ１７により検出し
て、測定対象物２の変位量に比例した変調成分がキャリ
ア信号に変調されたＲＦ信号を出力する。
【００３９】ミキサ回路４には、プローブ３からＲＦ信
号が供給される。ミキサ回路４は、ローカルＯＳＣ１１
から供給されるローカルキャリア信号に基づき、ＲＦ信
号を中間周波数帯のＩＦ信号に変換している。
号が供給される。ミキサ回路４は、ローカルＯＳＣ１１
から供給されるローカルキャリア信号に基づき、ＲＦ信
号を中間周波数帯のＩＦ信号に変換している。
【００４０】ＢＰＦ５には、ミキサ回路４からＩＦ信号
が供給される。ＢＰＦ５は、所定の帯域成分のフィルタ
リングを行う。なお、上述したように、このＢＰＦ５に
フィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号とする。
が供給される。ＢＰＦ５は、所定の帯域成分のフィルタ
リングを行う。なお、上述したように、このＢＰＦ５に
フィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号とする。
【００４１】干渉信号カウンタ６には、ＢＰＦ５から干
渉信号が供給される。干渉信号カウンタ６は、干渉信号
の例えば立ち上がりエッジをカウントする２n進の加算
カウンタとして構成されている。干渉信号カウンタ６
は、その最上位桁（ＭＳＢ）から出力されるパルスを分
周干渉信号として出力する。すなわち、この干渉信号カ
ウンタ６は、干渉信号を所定の分周率で分周する分周回
路として機能している。
渉信号が供給される。干渉信号カウンタ６は、干渉信号
の例えば立ち上がりエッジをカウントする２n進の加算
カウンタとして構成されている。干渉信号カウンタ６
は、その最上位桁（ＭＳＢ）から出力されるパルスを分
周干渉信号として出力する。すなわち、この干渉信号カ
ウンタ６は、干渉信号を所定の分周率で分周する分周回
路として機能している。
【００４２】逓倍回路７には、キャリアＯＳＣ１０から
キャリア信号が供給される。逓倍回路７は、例えばＰＬ
Ｌ回路等で構成され、このキャリア信号の周波数を所定
の割合で逓倍した逓倍キャリア信号を生成する。
キャリア信号が供給される。逓倍回路７は、例えばＰＬ
Ｌ回路等で構成され、このキャリア信号の周波数を所定
の割合で逓倍した逓倍キャリア信号を生成する。
【００４３】キャリアカウンタ８には、逓倍回路７から
逓倍キャリア信号が供給される。キャリアカウンタ８
は、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエッジをカウ
ントする２n進の加算カウンタとして構成されている。
キャリアカウンタ８は、その最上位桁（ＭＳＢ）から出
力されるパルスを分周キャリア信号として出力する。す
なわち、このキャリアカウンタ８は、逓倍キャリア信号
を所定の分周率で分周する分周回路として機能してい
る。
逓倍キャリア信号が供給される。キャリアカウンタ８
は、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエッジをカウ
ントする２n進の加算カウンタとして構成されている。
キャリアカウンタ８は、その最上位桁（ＭＳＢ）から出
力されるパルスを分周キャリア信号として出力する。す
なわち、このキャリアカウンタ８は、逓倍キャリア信号
を所定の分周率で分周する分周回路として機能してい
る。
【００４４】ここで、測定対象物２の変位成分が変調さ
れている分周干渉信号の中心周波数と、分周キャリア信
号の周波数とが同一となるように、干渉信号カウンタ６
の分周率と、逓倍回路７の逓倍率と、キャリアカウンタ
８の分周率とが設定されている。
れている分周干渉信号の中心周波数と、分周キャリア信
号の周波数とが同一となるように、干渉信号カウンタ６
の分周率と、逓倍回路７の逓倍率と、キャリアカウンタ
８の分周率とが設定されている。
【００４５】例えば、キャリア信号の周波数が４ＭＨｚ
であり、干渉信号の周波数が２ＭＨｚであった場合、干
渉信号カウンタ６を３ビットの８進カウンタにより構成
し、逓倍回路７を１６逓倍回路により構成し、キャリア
カウンタ８を８ビットの２５６進カウンタに構成するこ
とができる。この場合、分周干渉信号の中心周波数と、
分周キャリア信号の周波数とをともに２５０ｋＨｚとす
ることがきる。
であり、干渉信号の周波数が２ＭＨｚであった場合、干
渉信号カウンタ６を３ビットの８進カウンタにより構成
し、逓倍回路７を１６逓倍回路により構成し、キャリア
カウンタ８を８ビットの２５６進カウンタに構成するこ
とができる。この場合、分周干渉信号の中心周波数と、
分周キャリア信号の周波数とをともに２５０ｋＨｚとす
ることがきる。
【００４６】位相復調回路９には、分周キャリア信号と
分周干渉信号とが供給される。位相復調回路９は、分周
キャリア信号を基準信号として、分周干渉信号を位相復
調する。位相復調回路９は、分周干渉信号を位相復調し
た結果得られる変位信号を、測定対象物２の移動量の測
定結果として出力する。
分周干渉信号とが供給される。位相復調回路９は、分周
キャリア信号を基準信号として、分周干渉信号を位相復
調する。位相復調回路９は、分周干渉信号を位相復調し
た結果得られる変位信号を、測定対象物２の移動量の測
定結果として出力する。
【００４７】図２に、干渉信号カウンタ６，キャリアカ
ウンタ８，位相復調回路９の回路構成例を示す。
ウンタ８，位相復調回路９の回路構成例を示す。
【００４８】干渉信号カウンタ６には、例えば、２ＭＨ
ｚの干渉信号が供給される。この干渉信号カウンタ６
は、３ビット８進のカウンタで構成され、その最上位桁
Ｑ2から２５０ｋＨｚの分周干渉信号を出力する。すな
わち、干渉信号カウンタ６は、２ＭＨｚの干渉信号を、
１／８分周する。
ｚの干渉信号が供給される。この干渉信号カウンタ６
は、３ビット８進のカウンタで構成され、その最上位桁
Ｑ2から２５０ｋＨｚの分周干渉信号を出力する。すな
わち、干渉信号カウンタ６は、２ＭＨｚの干渉信号を、
１／８分周する。
【００４９】キャリアカウンタ８には、例えば、６４Ｍ
Ｈｚの逓倍キャリア信号が供給される。このキャリアカ
ウンタ８は、８ビット２５６進のカウンタで構成され、
その最上位桁Ｑ7から２５０ｋＨｚの分周キャリア信号
を出力する。すなわち、キャリアカウンタ８は、６４Ｍ
Ｈｚの干渉信号を、１／２５６分周する。
Ｈｚの逓倍キャリア信号が供給される。このキャリアカ
ウンタ８は、８ビット２５６進のカウンタで構成され、
その最上位桁Ｑ7から２５０ｋＨｚの分周キャリア信号
を出力する。すなわち、キャリアカウンタ８は、６４Ｍ
Ｈｚの干渉信号を、１／２５６分周する。
【００５０】位相復調回路９は、分周干渉信号の立ち上
がりエッジを検出する第１のエッジ検出回路２１と、分
周キャリア信号の立ち上がりエッジを検出する第２のエ
ッジ検出回路２２と、セット入力端子（SET）及びリセ
ット入力端子（RST）を有するＤフリップフロップ回路
２３と、ローパスフィルタ２４とから構成される。
がりエッジを検出する第１のエッジ検出回路２１と、分
周キャリア信号の立ち上がりエッジを検出する第２のエ
ッジ検出回路２２と、セット入力端子（SET）及びリセ
ット入力端子（RST）を有するＤフリップフロップ回路
２３と、ローパスフィルタ２４とから構成される。
【００５１】第１のエッジ検出回路２１は、分周干渉信
号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわゆる
モノマルチバイブレータとして機能する。この第１のエ
ッジ検出回路２１の出力は、Ｄフリップフロップ回路２
３のセット入力端子（SET）に供給される。
号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわゆる
モノマルチバイブレータとして機能する。この第１のエ
ッジ検出回路２１の出力は、Ｄフリップフロップ回路２
３のセット入力端子（SET）に供給される。
【００５２】第２のエッジ検出回路２２は、分周キャリ
ア信号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわ
ゆるモノマルチバイブレータとして機能する。第２のエ
ッジ検出回路２２の出力は、Ｄフリップフロップ回路２
３のリセット入力端子(RST)に供給される。
ア信号の立ち上がりエッジを検出する回路であり、いわ
ゆるモノマルチバイブレータとして機能する。第２のエ
ッジ検出回路２２の出力は、Ｄフリップフロップ回路２
３のリセット入力端子(RST)に供給される。
【００５３】Ｄフリップフロップ回路２３は、クロック
端子及び入力端子（D）がともにＶＣＣにプルアップさ
れている。従って、Ｄフリップフロップ回路２３の出力
（Q）は、セット入力端子（SET）にパルスが入力されて
からリセット入力端子(RST)にパルスが入力されるまで
の間ハイとなっている。すなわち、この出力がハイとな
っている間の時間が、測定対象物２の変位成分を示して
いる。
端子及び入力端子（D）がともにＶＣＣにプルアップさ
れている。従って、Ｄフリップフロップ回路２３の出力
（Q）は、セット入力端子（SET）にパルスが入力されて
からリセット入力端子(RST)にパルスが入力されるまで
の間ハイとなっている。すなわち、この出力がハイとな
っている間の時間が、測定対象物２の変位成分を示して
いる。
【００５４】ローパスフィルタ２４は、Ｄフリップフロ
ップ回路２３の出力信号からキャリア信号等の高周波成
分を除去した変位信号を出力する。
ップ回路２３の出力信号からキャリア信号等の高周波成
分を除去した変位信号を出力する。
【００５５】なお、位相復調回路９では、セットリセッ
ト機能を有するフリップフロップであれば、上記Ｄフリ
ップフロップ回路２３に変えて他のフリップフロップを
用いても良い。また、上記Ｄフリップフロップ回路２３
がエッジトリガタイプの回路であれば、上記第１のエッ
ジ検出回路２１及び第２のエッジ検出回路２２を用いな
くても良い。
ト機能を有するフリップフロップであれば、上記Ｄフリ
ップフロップ回路２３に変えて他のフリップフロップを
用いても良い。また、上記Ｄフリップフロップ回路２３
がエッジトリガタイプの回路であれば、上記第１のエッ
ジ検出回路２１及び第２のエッジ検出回路２２を用いな
くても良い。
【００５６】このようなＤフリップフロップ回路２３を
用いた構成の位相復調回路９では、分周干渉信号と分周
キャリア信号との位相差が１８０度となった場合に零と
なる変位信号を出力する。また、出力する変位信号のダ
イナミックレンジは、１８０度を中心として、±１８０
度となっている。
用いた構成の位相復調回路９では、分周干渉信号と分周
キャリア信号との位相差が１８０度となった場合に零と
なる変位信号を出力する。また、出力する変位信号のダ
イナミックレンジは、１８０度を中心として、±１８０
度となっている。
【００５７】また、位相復調回路９は、上述した第１の
エッジ検出回路２１，第２のエッジ検出回路２２，及び
Ｄフリップフロップ回路２３から構成されるものにかえ
て、例えば、図２中破線で示すような分周干渉信号と分
周キャリア信号とが一致した際に出力がハイとなるＥＸ
−ＯＲ回路２５を用いて、測定対象物２の変位成分を検
出するようにしてもよい。
エッジ検出回路２１，第２のエッジ検出回路２２，及び
Ｄフリップフロップ回路２３から構成されるものにかえ
て、例えば、図２中破線で示すような分周干渉信号と分
周キャリア信号とが一致した際に出力がハイとなるＥＸ
−ＯＲ回路２５を用いて、測定対象物２の変位成分を検
出するようにしてもよい。
【００５８】このようなＥＸ−ＯＲ回路２５を用いた構
成の位相復調回路９では、分周干渉信号と分周キャリア
信号との位相差が９０度又は２７０度となった場合に出
力が零となる変位信号を出力する。また、この場合に
は、出力する変位信号のダイナミックレンジは、±９０
度となっている。
成の位相復調回路９では、分周干渉信号と分周キャリア
信号との位相差が９０度又は２７０度となった場合に出
力が零となる変位信号を出力する。また、この場合に
は、出力する変位信号のダイナミックレンジは、±９０
度となっている。
【００５９】以上のように変位測定装置１では、測定対
象物２の変位成分が変調された干渉信号を、位相復調回
路９により位相復調することによって、この測定対象物
２の変位成分を示す変位信号を出力することができる。
この変位信号は、測定対象物２の変位量に対してリニア
に変動する信号である。このため、変位測定装置１で
は、従来のフリンジカウント方式の変位測定装置と比較
して、非常に高い分解能でこの測定対象物２の変位を測
定することができる。
象物２の変位成分が変調された干渉信号を、位相復調回
路９により位相復調することによって、この測定対象物
２の変位成分を示す変位信号を出力することができる。
この変位信号は、測定対象物２の変位量に対してリニア
に変動する信号である。このため、変位測定装置１で
は、従来のフリンジカウント方式の変位測定装置と比較
して、非常に高い分解能でこの測定対象物２の変位を測
定することができる。
【００６０】つぎに、本発明の第２の実施の形態の変位
測定装置について説明する。
測定装置について説明する。
【００６１】図３に、本発明の第２の実施の形態の変位
測定装置のブロック構成図を示す。なお、この第２の実
施の形態の変位測定装置を説明するにあたって、上記第
１の実施の形態の変位測定装置１と同一の構成について
は、図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省略
する。
測定装置のブロック構成図を示す。なお、この第２の実
施の形態の変位測定装置を説明するにあたって、上記第
１の実施の形態の変位測定装置１と同一の構成について
は、図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省略
する。
【００６２】図３に示すように、変位測定装置３０は、
測定対象物２にレーザ光を照射して、この測定対象物２
の変位成分が変調されたＲＦ信号を出力するプローブ３
と、このＲＦ信号をＩＦ信号に変換するミキサ回路４
と、このＩＦ信号をフィルタリングするＢＰＦ５と、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号
とする。）の例えば立ち上がりエッジをカウントして分
周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ６と、キャリア
信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する
逓倍回路７と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエ
ッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリ
アカウンタ８と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信
号を位相復調して、測定対象物２の変位を表す変位信号
を出力する位相復調回路９と、キャリア信号を出力する
キャリアＯＳＣ１０と、キャリア信号に基づきローカル
キャリア信号を出力するローカルＯＳＣ１１と、リセッ
ト信号を分周干渉信号に同期させてロードパルスを生成
し、このロードパルスをキャリアカウンタ８に供給する
同期回路３１とを備えている。
測定対象物２にレーザ光を照射して、この測定対象物２
の変位成分が変調されたＲＦ信号を出力するプローブ３
と、このＲＦ信号をＩＦ信号に変換するミキサ回路４
と、このＩＦ信号をフィルタリングするＢＰＦ５と、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、Ｂ
ＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号を干渉信号
とする。）の例えば立ち上がりエッジをカウントして分
周干渉信号を生成する干渉信号カウンタ６と、キャリア
信号の周波数を逓倍化して逓倍キャリア信号を生成する
逓倍回路７と、逓倍キャリア信号の例えば立ち上がりエ
ッジをカウントして分周キャリア信号を生成するキャリ
アカウンタ８と、分周キャリア信号に基づき分周干渉信
号を位相復調して、測定対象物２の変位を表す変位信号
を出力する位相復調回路９と、キャリア信号を出力する
キャリアＯＳＣ１０と、キャリア信号に基づきローカル
キャリア信号を出力するローカルＯＳＣ１１と、リセッ
ト信号を分周干渉信号に同期させてロードパルスを生成
し、このロードパルスをキャリアカウンタ８に供給する
同期回路３１とを備えている。
【００６３】同期回路３１には、ユーザがリセットボタ
ン等を押すことにより、リセット信号が供給される。同
期回路３１は、このリセット信号を干渉信号カウンタ６
から出力される分周干渉信号に同期させる。例えば、同
期回路３１は、分周干渉信号の立ち上がりエッジにリセ
ット信号を同期化させる。そして、この同期回路３１
は、分周干渉信号に同期化させたリセット信号を微分し
たロードパルスを生成する。このロードパルスは、キャ
リアカウンタ８に供給される。
ン等を押すことにより、リセット信号が供給される。同
期回路３１は、このリセット信号を干渉信号カウンタ６
から出力される分周干渉信号に同期させる。例えば、同
期回路３１は、分周干渉信号の立ち上がりエッジにリセ
ット信号を同期化させる。そして、この同期回路３１
は、分周干渉信号に同期化させたリセット信号を微分し
たロードパルスを生成する。このロードパルスは、キャ
リアカウンタ８に供給される。
【００６４】図４に、第２の実施の形態の変位測定装置
３０における干渉信号カウンタ６，キャリアカウンタ
８，位相復調回路９の回路構成例を示す。
３０における干渉信号カウンタ６，キャリアカウンタ
８，位相復調回路９の回路構成例を示す。
【００６５】上記同期回路３１で生成されたロードパル
スは、キャリアカウンタ８に設けられたロード端子（LO
AD）に供給される。キャリアカウンタ８では、このロー
ド端子(LOAD)にロードパルスが供給されると、予めラッ
チしてあるロードデータ（Ｄ0〜Ｄ7）を、出力データと
して出力端子（Ｑ0〜Ｑ7）にロードする。従って、この
キャリアカウンタ８では、ロードパルスが供給される
と、その出力データがクリアされて、新たなロードデー
タを出力することとなる。
スは、キャリアカウンタ８に設けられたロード端子（LO
AD）に供給される。キャリアカウンタ８では、このロー
ド端子(LOAD)にロードパルスが供給されると、予めラッ
チしてあるロードデータ（Ｄ0〜Ｄ7）を、出力データと
して出力端子（Ｑ0〜Ｑ7）にロードする。従って、この
キャリアカウンタ８では、ロードパルスが供給される
と、その出力データがクリアされて、新たなロードデー
タを出力することとなる。
【００６６】ここで、このキャリアカウンタ８は、位相
復調回路９から出力される変位信号が零となるようなデ
ータを、ロードデータとして予めラッチしておく。すな
わち、キャリアカウンタ８は、位相復調回路９により出
力される変位信号が零となるように、分周干渉信号に対
して所定の位相差をもったデータをロードデータとして
ラッチしておく。
復調回路９から出力される変位信号が零となるようなデ
ータを、ロードデータとして予めラッチしておく。すな
わち、キャリアカウンタ８は、位相復調回路９により出
力される変位信号が零となるように、分周干渉信号に対
して所定の位相差をもったデータをロードデータとして
ラッチしておく。
【００６７】このロードデータは、位相復調回路９の復
調方式によって異なるものである。例えば、上述したＤ
フリップフロップ回路２３を用いた回路であれば、分周
干渉信号と分周キャリア信号との位相差が１８０度の場
合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャリ
アカウンタ８が、８ビットの２５６進のカウンタであれ
ば、ロードデータとして、０（２進数であれば００００
００００）を予めラッチしておく。また、上述したＥＸ
−ＯＲ回路２５を用いた回路であれば、分周干渉信号と
分周キャリア信号との位相差が９０度或いは２７０度の
場合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャ
リアカウンタ８が、８ビットの２５６進のカウンタであ
れば、ロードデータとして、６４或いは１９２（２進数
であれば０１００００００，１１００００００）を予め
ラッチしておく。
調方式によって異なるものである。例えば、上述したＤ
フリップフロップ回路２３を用いた回路であれば、分周
干渉信号と分周キャリア信号との位相差が１８０度の場
合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャリ
アカウンタ８が、８ビットの２５６進のカウンタであれ
ば、ロードデータとして、０（２進数であれば００００
００００）を予めラッチしておく。また、上述したＥＸ
−ＯＲ回路２５を用いた回路であれば、分周干渉信号と
分周キャリア信号との位相差が９０度或いは２７０度の
場合に、出力される変位信号が零となる。従って、キャ
リアカウンタ８が、８ビットの２５６進のカウンタであ
れば、ロードデータとして、６４或いは１９２（２進数
であれば０１００００００，１１００００００）を予め
ラッチしておく。
【００６８】図５に、変位測定装置３０の各信号のタイ
ムチャートを示す。
ムチャートを示す。
【００６９】まず、例えば、分周干渉信号と分周キャリ
ア信号に所定の位相差が生じており、変位信号が零とな
っていないとする（時刻ｔ-2）。ここで、リセット信号
が供給されると（時刻ｔ-1と時刻ｔ0との間）、このリ
セット信号が分周干渉信号の立ち上がりエッジに同期化
される（時刻ｔ0）。そして、この分周干渉信号に同期
化されたリセット信号が微分され、ロードパルスが生成
される。
ア信号に所定の位相差が生じており、変位信号が零とな
っていないとする（時刻ｔ-2）。ここで、リセット信号
が供給されると（時刻ｔ-1と時刻ｔ0との間）、このリ
セット信号が分周干渉信号の立ち上がりエッジに同期化
される（時刻ｔ0）。そして、この分周干渉信号に同期
化されたリセット信号が微分され、ロードパルスが生成
される。
【００７０】このロードパルスがキャリアカウンタ８に
供給されると（時刻ｔ0）、このキャリアカウンタ８か
らロードデータが出力され、その最上位桁（ＭＳＢ）か
ら出力される分周キャリア信号が変動する。このとき、
位相復調回路９がＤフリップフロップ回路２３を用いた
回路であれば、分周干渉信号に対して位相が１８０度ず
れた分周キャリア信号が出力される。この位相が１８０
度ずれた分周干渉信号が供給されると、変位信号の出力
は零となる。
供給されると（時刻ｔ0）、このキャリアカウンタ８か
らロードデータが出力され、その最上位桁（ＭＳＢ）か
ら出力される分周キャリア信号が変動する。このとき、
位相復調回路９がＤフリップフロップ回路２３を用いた
回路であれば、分周干渉信号に対して位相が１８０度ず
れた分周キャリア信号が出力される。この位相が１８０
度ずれた分周干渉信号が供給されると、変位信号の出力
は零となる。
【００７１】以上のような変位測定装置３０では、同期
回路３１が、リセット信号を分周干渉信号に同期化した
ロードパルスを生成し、キャリアカウンタ８がこのロー
ドパルスが供給されたタイミングで、ロードデータを出
力するので、測定対象物２の位置に関係なく、変位信号
を零とすることができる。
回路３１が、リセット信号を分周干渉信号に同期化した
ロードパルスを生成し、キャリアカウンタ８がこのロー
ドパルスが供給されたタイミングで、ロードデータを出
力するので、測定対象物２の位置に関係なく、変位信号
を零とすることができる。
【００７２】そのため、変位測定装置３０では、測定対
象物２を任意の位置で固定して、この固定値を基準とし
た測定対象物２の変位量を測定することができる。
象物２を任意の位置で固定して、この固定値を基準とし
た測定対象物２の変位量を測定することができる。
【００７３】なお、上記変位測定装置３０のキャリアカ
ウンタ８にロードされるロードデータは、この実施の形
態では変位信号の出力が零となるような値としている
が、本発明では、このロードデータの値は限定されな
い。例えば、本発明では、変位信号の出力が所定のオフ
セットを有するように任意の値のロードデータをロード
しても良い。このような場合、測定対象物２の基準位置
における変位信号の値をユーザが任意に設定することが
でき、操作性を向上させることができる。
ウンタ８にロードされるロードデータは、この実施の形
態では変位信号の出力が零となるような値としている
が、本発明では、このロードデータの値は限定されな
い。例えば、本発明では、変位信号の出力が所定のオフ
セットを有するように任意の値のロードデータをロード
しても良い。このような場合、測定対象物２の基準位置
における変位信号の値をユーザが任意に設定することが
でき、操作性を向上させることができる。
【００７４】また、以上本発明の実施の形態として、プ
ローブ３から検出されたＲＦ信号をＩＦ信号に変換して
処理を行う変位測定装置１及び変位測定装置３０につい
て説明したが、本発明はこのようなものに限られず、プ
ローブ３から出力されるＲＦ信号を干渉信号カウンタ６
により直接カウントする構成としても良い。また、以上
本発明の実施の形態として、キャリア信号を逓倍回路７
により逓倍化した後キャリアカウンタ８により分周する
処理を行う変位測定装置１及び変位測定装置３０につい
て説明したが、本発明はこのようなものに限られず、キ
ャリア信号をキャリアカウンタ８により直接カウントす
る構成としても良い。すなわち、本発明では、干渉信号
カウンタ６から出力される分周干渉信号の中心周波数
と、キャリアカウンタ８から出力される分周キャリア信
号の周波数とが同一であれば、分周率や逓倍率は、限定
されない。
ローブ３から検出されたＲＦ信号をＩＦ信号に変換して
処理を行う変位測定装置１及び変位測定装置３０につい
て説明したが、本発明はこのようなものに限られず、プ
ローブ３から出力されるＲＦ信号を干渉信号カウンタ６
により直接カウントする構成としても良い。また、以上
本発明の実施の形態として、キャリア信号を逓倍回路７
により逓倍化した後キャリアカウンタ８により分周する
処理を行う変位測定装置１及び変位測定装置３０につい
て説明したが、本発明はこのようなものに限られず、キ
ャリア信号をキャリアカウンタ８により直接カウントす
る構成としても良い。すなわち、本発明では、干渉信号
カウンタ６から出力される分周干渉信号の中心周波数
と、キャリアカウンタ８から出力される分周キャリア信
号の周波数とが同一であれば、分周率や逓倍率は、限定
されない。
【００７５】また、以上本発明の実施の形態として、レ
ーザダイオード１３をレーザ光源として用いている変位
測定装置１及び変位測定装置３０について説明したが、
本発明はこのようなものに限られず、レーザ光源として
例えばヘリウムネオンレーザを用いることもできる。ま
た、レーザダイオードやヘリウムネオンレーザから供給
されるレーザ光を、光ファイバー等で伝送して、測定対
象物２等に出射しても良い。
ーザダイオード１３をレーザ光源として用いている変位
測定装置１及び変位測定装置３０について説明したが、
本発明はこのようなものに限られず、レーザ光源として
例えばヘリウムネオンレーザを用いることもできる。ま
た、レーザダイオードやヘリウムネオンレーザから供給
されるレーザ光を、光ファイバー等で伝送して、測定対
象物２等に出射しても良い。
【００７６】また、以上本発明の実施の形態として、ビ
ームスプリッタ１４と測定対象物２との間のレーザ光の
往路側に、光変調器１６を配置した変位測定装置１及び
変位測定装置３０について説明したが、本発明はこのよ
うなものに限られない。例えば、光変調器１６を配置す
る位置は、ビームスプリッタ１４と測定対象物２との間
のレーザ光の復路側、或いは、ビームスプリッタ１４と
基準ミラー１５との間のレーザ光の往路側又はその復路
側としてもよい。また、測定対象物２側或いは基準ミラ
ー１５側の往復路両側に配置しても良い。
ームスプリッタ１４と測定対象物２との間のレーザ光の
往路側に、光変調器１６を配置した変位測定装置１及び
変位測定装置３０について説明したが、本発明はこのよ
うなものに限られない。例えば、光変調器１６を配置す
る位置は、ビームスプリッタ１４と測定対象物２との間
のレーザ光の復路側、或いは、ビームスプリッタ１４と
基準ミラー１５との間のレーザ光の往路側又はその復路
側としてもよい。また、測定対象物２側或いは基準ミラ
ー１５側の往復路両側に配置しても良い。
【００７７】
【発明の効果】本発明に係る変位測定装置では、基準ミ
ラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉さ
せた干渉光を電気信号に変換して、その信号をキャリア
信号に基づき位相復調し、測定対象物の変位量を検出す
る。このことにより本発明に係る変位測定装置では、高
い分解能で測定対象物の変位を検出することができる。
ラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉さ
せた干渉光を電気信号に変換して、その信号をキャリア
信号に基づき位相復調し、測定対象物の変位量を検出す
る。このことにより本発明に係る変位測定装置では、高
い分解能で測定対象物の変位を検出することができる。
【００７８】また、本発明に係る変位測定装置では、干
渉信号に同期されたリセット信号が供給されたタイミン
グで、位相復調後の出力が所定の値となる位相差を分周
干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、分
周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出し
て、上記干渉信号を位相復調する。このことにより、本
発明に係る変位測定装置では、測定対象物の位置に関係
なく、検出出力をゼロリセット又はオフセットすること
ができ、操作性が向上する。
渉信号に同期されたリセット信号が供給されたタイミン
グで、位相復調後の出力が所定の値となる位相差を分周
干渉信号に対して有する分周キャリア信号を生成し、分
周キャリア信号と上記分周干渉信号との位相差を検出し
て、上記干渉信号を位相復調する。このことにより、本
発明に係る変位測定装置では、測定対象物の位置に関係
なく、検出出力をゼロリセット又はオフセットすること
ができ、操作性が向上する。
【図１】本発明の第１の実施の形態の変位測定装置のブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図２】上記変位測定装置の干渉信号カウンタ，キャリ
アカウンタ，位相復調回路のブロック構成図である。
アカウンタ，位相復調回路のブロック構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の変位測定装置のブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図４】上記変位測定装置の干渉信号カウンタ，キャリ
アカウンタ，位相復調回路のブロック構成図である。
アカウンタ，位相復調回路のブロック構成図である。
【図５】上記変位測定装置のリセットのタイミングを説
明するためのタイムチャートである。
明するためのタイムチャートである。
【図６】従来の変位測定装置のブロック構成図である。
１，３０ 変位測定装置、２ 測定対象物、３ プロー
ブ、６ 干渉信号カウンタ、８ キャリアカウンタ、９
位相復調回路、１０ キャリアオシレータ、１１ ロ
ーカルオシレータ、１２ 干渉光学系、１３ レーザダ
イオード、１４ビームスプリッタ、１５ 基準ミラー、
１６ 光変調器、１７ フォトダイオード、３１ 同期
回路
ブ、６ 干渉信号カウンタ、８ キャリアカウンタ、９
位相復調回路、１０ キャリアオシレータ、１１ ロ
ーカルオシレータ、１２ 干渉光学系、１３ レーザダ
イオード、１４ビームスプリッタ、１５ 基準ミラー、
１６ 光変調器、１７ フォトダイオード、３１ 同期
回路
Claims (2)
- 【請求項１】 基準ミラーと測定対象物とにレーザ光を
照射するレーザ光源と、基準ミラーと測定対象物とに照
射するレーザ光のいずれか一方を所定の周波数のキャリ
ア信号により光変調する光変調器とを有し、基準ミラー
からの反射光と測定対象物からの反射光とを干渉させた
干渉光を生成する干渉光学系と、 上記干渉光を受光して干渉信号を検出する受光素子と、 上記キャリア信号に基づき上記干渉信号を位相復調し
て、上記測定対象物の変位量を検出する変位検出手段と
を備える変位測定装置。 - 【請求項２】 所定の分周率で上記干渉信号を分周し
て、分周干渉信号を生成する干渉信号分周手段と、 出力周波数が上記分周干渉信号の中心周波数と同一とな
るような分周率で、上記キャリア信号を分周して、分周
キャリア信号を生成するキャリア信号分周手段と、 上記キャリア信号分周手段に供給するリセット信号を、
上記分周干渉信号に同期化させるリセット信号同期手段
とを備え、 上記キャリア信号分周手段は、上記干渉信号に同期化さ
れたリセット信号が供給されたタイミングで、上記変位
検出手段による位相復調後の出力が所定の値となる位相
差を上記分周干渉信号に対して有する分周キャリア信号
を生成し、上記変位検出手段は、上記分周キャリア信号
と上記分周干渉信号との位相差を検出して、上記干渉信
号を位相復調することを特徴とする請求項１に記載の変
位測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09629998A JP3937370B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 変位測定装置 |
| US09/287,046 US6128083A (en) | 1998-04-08 | 1999-04-06 | Displacement measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09629998A JP3937370B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295030A true JPH11295030A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3937370B2 JP3937370B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=14161167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09629998A Expired - Fee Related JP3937370B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 変位測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6128083A (ja) |
| JP (1) | JP3937370B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010097143A (ko) * | 2000-04-20 | 2001-11-08 | 권영섭 | 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법 |
| KR100752803B1 (ko) | 2005-11-18 | 2007-08-29 | 광주과학기술원 | 간섭계를 이용한 미소변위 측정장치 및 방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0004727D0 (en) * | 2000-02-29 | 2000-04-19 | Renishaw Plc | Machine tool probe with wireless signal transmission |
| US6449044B1 (en) | 2001-08-06 | 2002-09-10 | General Motors Corporation | Method for checking cam lobe angles |
| CN100538260C (zh) * | 2007-02-07 | 2009-09-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 微位移高精度实时干涉测量仪 |
| CN103931122B (zh) * | 2011-05-24 | 2017-03-22 | 阿姆斯特丹自由大学及阿姆斯特丹自由大学医疗中心基金会 | 网络同步和频率传播的系统和方法 |
| CZ304138B6 (cs) * | 2012-05-19 | 2013-11-13 | Ústav prístrojové techniky Akademie ved CR, v.v.i. | Zpusob detekce interferencní fáze dvou interferujících laserových paprsku a zarízení pro provádení tohoto zpusobu |
-
1998
- 1998-04-08 JP JP09629998A patent/JP3937370B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-06 US US09/287,046 patent/US6128083A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010097143A (ko) * | 2000-04-20 | 2001-11-08 | 권영섭 | 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법 |
| KR100752803B1 (ko) | 2005-11-18 | 2007-08-29 | 광주과학기술원 | 간섭계를 이용한 미소변위 측정장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3937370B2 (ja) | 2007-06-27 |
| US6128083A (en) | 2000-10-03 |
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