JPS6288902A - 変位の光学的測定方法および測定装置 - Google Patents
変位の光学的測定方法および測定装置Info
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- JPS6288902A JPS6288902A JP60228616A JP22861685A JPS6288902A JP S6288902 A JPS6288902 A JP S6288902A JP 60228616 A JP60228616 A JP 60228616A JP 22861685 A JP22861685 A JP 22861685A JP S6288902 A JPS6288902 A JP S6288902A
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の利用分野〕
本発明は徊えば半導体ｆＢ造装置や、１１１！標測定器
のように正確な位置決めを必要とする機械の変位計測な
どに利用される変位の光学的測定Ｖ１置に関するもので
ある。
のように正確な位置決めを必要とする機械の変位計測な
どに利用される変位の光学的測定Ｖ１置に関するもので
ある。
測定対象物の変位を光学的に測定する方法としては例え
ばオプトニクス（１９８５） ６月号ｐ７９〜ｐ８０に
示された干渉測定法がある。この方法は基準語と８［１
定対象物に光を照射し、互いに９０度明暗変化の位相の
異なる干渉信号を得、この２つの信号により測定対象物
の変位量を求めるものでλ あるが、この方法では一毎に発生するパルスをカラント
するので測定分解能が低い。また、９０度位相の異なる
信号を加減算することにより互いに４５度位相のずれた
信号を発生させ、さらに４つの信号から互いに２２．５
度位相のずれた信号を生させることも可能であるが、こ
の方法で分解能をあげるのは加算減回路での位相ずれ等
の原因で限度がある。さらに、９！生するパルスの周波
数は分解能に比例して大きくなるが、応答速度の上限は
（最大カウント周波数）×（パルス発生のピッチ）でお
さえられるので応答速度は分解能に反比例した小さくな
るという欠点を有している。
ばオプトニクス（１９８５） ６月号ｐ７９〜ｐ８０に
示された干渉測定法がある。この方法は基準語と８［１
定対象物に光を照射し、互いに９０度明暗変化の位相の
異なる干渉信号を得、この２つの信号により測定対象物
の変位量を求めるものでλ あるが、この方法では一毎に発生するパルスをカラント
するので測定分解能が低い。また、９０度位相の異なる
信号を加減算することにより互いに４５度位相のずれた
信号を発生させ、さらに４つの信号から互いに２２．５
度位相のずれた信号を生させることも可能であるが、こ
の方法で分解能をあげるのは加算減回路での位相ずれ等
の原因で限度がある。さらに、９！生するパルスの周波
数は分解能に比例して大きくなるが、応答速度の上限は
（最大カウント周波数）×（パルス発生のピッチ）でお
さえられるので応答速度は分解能に反比例した小さくな
るという欠点を有している。
本発明は、上記の点に鑑み、測定分解能が高く、応答速
度も高い変位の光学的４１１定装置を提供することであ
る。
度も高い変位の光学的４１１定装置を提供することであ
る。
変位が低速の場合の高速の場合で甜定方法を分け、低速
の変位に対しては反射光の位相変化を移相器で与える位
相変調量を基準として測定し測定分解能をあげると共に
高速変位に対しては一定変位量ごとに変化する干渉信号
の明暗の変化をカウントするだけとした応答速度をあげ
ろ。
の変位に対しては反射光の位相変化を移相器で与える位
相変調量を基準として測定し測定分解能をあげると共に
高速変位に対しては一定変位量ごとに変化する干渉信号
の明暗の変化をカウントするだけとした応答速度をあげ
ろ。
以下、本発明の一実施例を第１図〜第１４図を用いて説
明する。第１ Ｂ８！？Ｉにおいて、１はコヒーレント
な直線偏光を発する光源で、直線偏光の振動面は紙面と
４５度の角をなす方向である。２は偏光ビームスプリッ
タで、紙面と垂直な振動面を持つ光は反射し、紙面と平
行な振動面を持つ光は透過させる。３，４は一波長板で
直線偏光がこれを−往復すると振動面が９０度回転する
。５は基準語で、６はΔｍ定対象物である。７は反射光
分技手段として例えばビームスプリッタ、８は移相器と
して例えばポッケルス効果を有する電気光学結晶である
。この電気光学結晶８で電圧を印加することにより、紙
面に垂直な振動面を持つ光に対する屈折率と平行な振動
面を持つ光に対する屈折率を変化させ２つの光の位相差
を制御する。９゜１０は偏光板で紙面と４５度の角をな
す振動成分のみを透過させる。１１．１２は光検出器、
１３は移相量検出手段である。この移相量検出手段１３
は、微分回路１４．コンパレータ回路１５゜低安定マル
チバイブレータ１６．ゲート信号発生回路１７．ＡＮＤ
回路１８．サンプルホールド回路１９からなる。ここで
、単安定マルチバイブレータ１６はコンパレータ１５の
出力の立ち下りでトリガされる。２０はＡ、Ｃ，増幅器
、２１は発振器である。２２はアップダウンパルス発生
回路で、コンパレータ２３，２４．単安定マルッパイブ
レータ２５，２６，２７，２８．ＡＮＤ回路２９．３０
から成る。ここで単安定マルチバイブレータ２５．２６
は、それぞれコンパレータ２３゜２４の立ち上りでトリ
ガされ、その出力はＡＮＤ回路２９の入力となる。また
、単安定マルチバイブレータ２７．２８は、コンパレー
タ２３，２４の出力の立ち下りでトリガされその出力は
ＡＮＤ回路３０の入力となる。３１はパルス発生回路で
、微分回路３２．コンパレータ３３．単安定マルチバイ
ブレータ３４より成る。３５はモード切換回路でＡＮＤ
回路３６，３７，３８，３９，４０゜４１．４２，４３
．Ｒ−Ｓフリップフロップ４４゜４５、単安定マルチバ
イブレータ４６．ディレィ素子４７．４８．ＯＲ回路４
９．５０より成る。
明する。第１ Ｂ８！？Ｉにおいて、１はコヒーレント
な直線偏光を発する光源で、直線偏光の振動面は紙面と
４５度の角をなす方向である。２は偏光ビームスプリッ
タで、紙面と垂直な振動面を持つ光は反射し、紙面と平
行な振動面を持つ光は透過させる。３，４は一波長板で
直線偏光がこれを−往復すると振動面が９０度回転する
。５は基準語で、６はΔｍ定対象物である。７は反射光
分技手段として例えばビームスプリッタ、８は移相器と
して例えばポッケルス効果を有する電気光学結晶である
。この電気光学結晶８で電圧を印加することにより、紙
面に垂直な振動面を持つ光に対する屈折率と平行な振動
面を持つ光に対する屈折率を変化させ２つの光の位相差
を制御する。９゜１０は偏光板で紙面と４５度の角をな
す振動成分のみを透過させる。１１．１２は光検出器、
１３は移相量検出手段である。この移相量検出手段１３
は、微分回路１４．コンパレータ回路１５゜低安定マル
チバイブレータ１６．ゲート信号発生回路１７．ＡＮＤ
回路１８．サンプルホールド回路１９からなる。ここで
、単安定マルチバイブレータ１６はコンパレータ１５の
出力の立ち下りでトリガされる。２０はＡ、Ｃ，増幅器
、２１は発振器である。２２はアップダウンパルス発生
回路で、コンパレータ２３，２４．単安定マルッパイブ
レータ２５，２６，２７，２８．ＡＮＤ回路２９．３０
から成る。ここで単安定マルチバイブレータ２５．２６
は、それぞれコンパレータ２３゜２４の立ち上りでトリ
ガされ、その出力はＡＮＤ回路２９の入力となる。また
、単安定マルチバイブレータ２７．２８は、コンパレー
タ２３，２４の出力の立ち下りでトリガされその出力は
ＡＮＤ回路３０の入力となる。３１はパルス発生回路で
、微分回路３２．コンパレータ３３．単安定マルチバイ
ブレータ３４より成る。３５はモード切換回路でＡＮＤ
回路３６，３７，３８，３９，４０゜４１．４２，４３
．Ｒ−Ｓフリップフロップ４４゜４５、単安定マルチバ
イブレータ４６．ディレィ素子４７．４８．ＯＲ回路４
９．５０より成る。
５１はＯＲ回路、５２はアップダウンカウンタである。
−
次に、本発明の一実施例の動作を説明する。光源１を発
した直線偏光のうち紙面と垂直な振動面を持つ成分をＢ
ｚ、平行な振動面を持つ成分を８２とすると、Ｂ１は偏
光ビームスプリッタ２で反射され、−波長板３を透過し
、８Ｉす定対象物６で反射し再び一波長板３を経て偏光
ビームスプリッタに至す るが、このときの振動面は一波長板３を往復しているの
で、９０度回転し紙面と平行になっており、ここを透過
する。一方、ＢＺは偏光ビームスプリ板４の経路を経て
偏光ビームスプリッタ２に入射するが、振動面が９０度
回転し１紙面と垂直になっているので、ここで反射する
。偏光ビームスプリッタを出たＢ１．Ｂ２はビームスプ
リッタフに至り透過光と反射光に分れる。透過光１反射
光をそれぞれＢｓ’ ＋ Ｂｚ’及びＢ、ｚ 、Ｂ、＃
と表す０本実施例では変位速度が小さい場合は透過光Ｂ
ｌ／。
した直線偏光のうち紙面と垂直な振動面を持つ成分をＢ
ｚ、平行な振動面を持つ成分を８２とすると、Ｂ１は偏
光ビームスプリッタ２で反射され、−波長板３を透過し
、８Ｉす定対象物６で反射し再び一波長板３を経て偏光
ビームスプリッタに至す るが、このときの振動面は一波長板３を往復しているの
で、９０度回転し紙面と平行になっており、ここを透過
する。一方、ＢＺは偏光ビームスプリ板４の経路を経て
偏光ビームスプリッタ２に入射するが、振動面が９０度
回転し１紙面と垂直になっているので、ここで反射する
。偏光ビームスプリッタを出たＢ１．Ｂ２はビームスプ
リッタフに至り透過光と反射光に分れる。透過光１反射
光をそれぞれＢｓ’ ＋ Ｂｚ’及びＢ、ｚ 、Ｂ、＃
と表す０本実施例では変位速度が小さい場合は透過光Ｂ
ｌ／。
Ｂ２７ を利用し、速度が大きい場合には反射光Ｂｌ’
、Ｂ２’を利用して変位量を求める。そこで、まず、変
位速度の小さい場合の動作を説明する。
、Ｂ２’を利用して変位量を求める。そこで、まず、変
位速度の小さい場合の動作を説明する。
透過光Ｂｚ’ ＋ Ｂｚ’ は電気光学結晶８を経て偏
光板９に至る。ここでＥ３ｔ、 Ｂ２の紙面と４５＠の
振動面を持つ成分のみが偏光板９を通過し、牛渉を起こ
し、Ｂ１と８２の位相差に応じて光の強度が変化する。
光板９に至る。ここでＥ３ｔ、 Ｂ２の紙面と４５＠の
振動面を持つ成分のみが偏光板９を通過し、牛渉を起こ
し、Ｂ１と８２の位相差に応じて光の強度が変化する。
これを光検出器１１で電気信号に変換し、この電気信号
を移相量検出手段１３に入力する。
を移相量検出手段１３に入力する。
一方、発振器２１の出力電圧をＡＣ増幅器２ｏで増幅し
、電気光学結晶８に印加し、Ｂ１’ とＢ２’の位相
差を強制的に次の（１）式のφ１だけ変動させる。
、電気光学結晶８に印加し、Ｂ１’ とＢ２’の位相
差を強制的に次の（１）式のφ１だけ変動させる。
φｘ＝ Ａｓ１ｎωｔ ”・（１）
ここで振幅Ａは、πよりも少し太き目に設定する。また
、被測定物６と偏光ビームスプリッタ２の中心までの光
路長ａと基準面５と偏光ビームスプリッタの中心までの
光路長ＱＯの差に基づく位相差φは（′２）式で与えら
れる。
ここで振幅Ａは、πよりも少し太き目に設定する。また
、被測定物６と偏光ビームスプリッタ２の中心までの光
路長ａと基準面５と偏光ビームスプリッタの中心までの
光路長ＱＯの差に基づく位相差φは（′２）式で与えら
れる。
４π
φ＝ＣＱ−Ｑｏ） ・・・（２）λ
したがって、Ｂｒ’ と８２’の位相差φ、は（３）式
のようになる。
のようになる。
φｔ＝φ＋φ。
４ π
φ ＝ −（Ｑ −Ｑｏ）＋Ａｓ１ｎωｔ −（３）
λ 偏光板９を通過したときのＢ 工／ 、 Ｂ、／の強度
をＩｔ’ 、 Ｉ２’ とすると、干渉光の強度工′は
（４）式で表わされる。
λ 偏光板９を通過したときのＢ 工／ 、 Ｂ、／の強度
をＩｔ’ 、 Ｉ２’ とすると、干渉光の強度工′は
（４）式で表わされる。
Ｉ’ ＝Ｉｚ’ ＋Ｉｚ’ ＋２５丁了２’ ｅ０８φ
ｔ ・・’ （４）この干渉光強度を光検出器１１で電
気信号に変換し、微分回路１４．コンパレータ１５を通
して。
ｔ ・・’ （４）この干渉光強度を光検出器１１で電
気信号に変換し、微分回路１４．コンパレータ１５を通
して。
単安定マルチバイブレータ１６で、（４）式で示される
干渉信号が最大になる時刻にパルスを発生させる。この
ときの８１と８２の位相差φ、は（５）式で与えられる
。
干渉信号が最大になる時刻にパルスを発生させる。この
ときの８１と８２の位相差φ、は（５）式で与えられる
。
φｔ＝ ２ ｎ π（ｎ ＝ Ｏｙ±１．±２．−）
−（５）（１）式で示したφｌは、−Ａ≦φｘ ＜
Ａの範囲で変動させているが、φ！が−πから＋πま
で増加するときに発生したパルスのうち最初の１パルス
のみをゲート信号発生回路１７及びＡＮＤ １８で選び
出し、その時刻ｔでの移相器８の入力電圧をサンプルホ
ールド回路１９でサンプルし、そのときの移相量φｌを
求める。
−（５）（１）式で示したφｌは、−Ａ≦φｘ ＜
Ａの範囲で変動させているが、φ！が−πから＋πま
で増加するときに発生したパルスのうち最初の１パルス
のみをゲート信号発生回路１７及びＡＮＤ １８で選び
出し、その時刻ｔでの移相器８の入力電圧をサンプルホ
ールド回路１９でサンプルし、そのときの移相量φｌを
求める。
このようにすると、（２）式で表わされる測定対象物６
の変位に対応して発生する位相差φが（２ｍ＋１）π（
ｍ：整数）となる時以外はφ。
の変位に対応して発生する位相差φが（２ｍ＋１）π（
ｍ：整数）となる時以外はφ。
が次に示す（６）式を満す値をとるときに発生し”たパ
ルスが有効となる。
ルスが有効となる。
φ′＋φＸ＝Ｏ・・・（６）
ここでφ′は（７）式によって定義される。
ただし１ｍは整数
また、φが（２ｍ ＋ １ ）πとなるときは、（８）
式を満す時刻に発生したパルスが有効となる。
式を満す時刻に発生したパルスが有効となる。
φｌ＝−π ・・・（８）したが
つそ１位相差φを横軸に、有効パルス発生時の移相量φ
ｌ及び電気光学結晶８への印加電圧Ｖｓを縦軸にとると
、第２図のようになる。
つそ１位相差φを横軸に、有効パルス発生時の移相量φ
ｌ及び電気光学結晶８への印加電圧Ｖｓを縦軸にとると
、第２図のようになる。
測定対象物６が最初原点位置にあるときの反射光Ｂｌ’
、 Ｂｚ’の位相差をφ０．φ０からの２πの整数倍
をさし引いた余りをφ０′ とする。測定対象物６が原
点位置にあるときのサンプルホールド回路１９の出力電
圧をＶｓｏとする。これしこ−をＶπ 乗じてＶｓｏを移相量に換算すると一φ０′ となる。
、 Ｂｚ’の位相差をφ０．φ０からの２πの整数倍
をさし引いた余りをφ０′ とする。測定対象物６が原
点位置にあるときのサンプルホールド回路１９の出力電
圧をＶｓｏとする。これしこ−をＶπ 乗じてＶｓｏを移相量に換算すると一φ０′ となる。
原点位置から測定対象物６が正方向に変位して位相差φ
がφ０からφ１まで増加したとする。φカル増加すると
Ｖｓは減少するが、φが（２ｎ−１）πを越えると、そ
の時Ｖｓは不連続的に−ＶπカＮら■πに変化すると。
がφ０からφ１まで増加したとする。φカル増加すると
Ｖｓは減少するが、φが（２ｎ−１）πを越えると、そ
の時Ｖｓは不連続的に−ＶπカＮら■πに変化すると。
ここで、■πはＢ１’ とＢｚ’に位相差πを発生させ
るのに必要な電圧である。
るのに必要な電圧である。
さら変位するとＶ ｓ ’ は徐々に減少し、φが（
２ｎ＋１） πを越えると、と再度−■πからＶπに変
化する。φがφ１まで増加したときのサンプルホールド
回路１９の出力電圧をＶ ５１とする。
２ｎ＋１） πを越えると、と再度−■πからＶπに変
化する。φがφ１まで増加したときのサンプルホールド
回路１９の出力電圧をＶ ５１とする。
これに−を乗じてＶ ｓ 工を位相量に換算すると、Ｖ
π 一φ１′ となる。ここでφ１′はφｌから２πの整数
倍をさし引いた余りである。従ってこのときの変位量は
次のようにして求めることができる。
π 一φ１′ となる。ここでφ１′はφｌから２πの整数
倍をさし引いた余りである。従ってこのときの変位量は
次のようにして求めることができる。
前記サンプルホールド回路１９の出力電圧の−Ｖπから
Ｖπへの不連続的変化をとらえて、アップダウンパルス
発生１０１路２２で、アップパルスを発生させカウンタ
回路５２で十にカウントする。
Ｖπへの不連続的変化をとらえて、アップダウンパルス
発生１０１路２２で、アップパルスを発生させカウンタ
回路５２で十にカウントする。
このカウント結果をλ／２倍し、これに４π
４ｖπ を加え合わせる。
４ｖπ を加え合わせる。
負方向に変位する場合は位相差φが減少する過程におい
てルの奇数倍（２ｎ＋１）π、（２ｎ＋３）π、・・・
・・・等を越えるときサンプルボールド回路１９の出力
電圧が■πから一■πへ不連続的に変化するので、これ
をカウンタ回路５２でマイナスにカウントすれば、他は
正方向の変位を求める場合と同様にして変位を求めるこ
とができる。
てルの奇数倍（２ｎ＋１）π、（２ｎ＋３）π、・・・
・・・等を越えるときサンプルボールド回路１９の出力
電圧が■πから一■πへ不連続的に変化するので、これ
をカウンタ回路５２でマイナスにカウントすれば、他は
正方向の変位を求める場合と同様にして変位を求めるこ
とができる。
第３図〜第１１図はアップダウンパルス発生回路２２の
動作を説明する図で、測定対象物６が一定速度で変位す
る場合を例にとっている。測定対象物６が正方向に変位
する場合の動作を（ａ）に、負方向に変位する場合の動
作を（ｂ）に示す。コンパレータ２３のレファレンス電
圧ｖ１をＯ〜Ｖπの間に設定し、コンパレータ２４のレ
ファレンス電圧■２を−Ｖπ〜Ｏの間に設定し、単安定
マルチバイブレータ２５，２６，２７．２８のパルス巾
を十分に小さくとっておく（第３図〜第９図参照）。こ
の条件下で、測定対称物６が正方向に変位する場合には
、サンプルホールド回路１９の出力（第３図参照）が、
−Ｖ ７ＧからＶπに不連続的に変化するときに、単安
定マルチバイブレータ２５．２６で発生したパルス（第
５図、第８図参照）が時間的に重なるので、ＡＮＤ回路
２９にはアップパルスが出力される（第１０図参照）。
動作を説明する図で、測定対象物６が一定速度で変位す
る場合を例にとっている。測定対象物６が正方向に変位
する場合の動作を（ａ）に、負方向に変位する場合の動
作を（ｂ）に示す。コンパレータ２３のレファレンス電
圧ｖ１をＯ〜Ｖπの間に設定し、コンパレータ２４のレ
ファレンス電圧■２を−Ｖπ〜Ｏの間に設定し、単安定
マルチバイブレータ２５，２６，２７．２８のパルス巾
を十分に小さくとっておく（第３図〜第９図参照）。こ
の条件下で、測定対称物６が正方向に変位する場合には
、サンプルホールド回路１９の出力（第３図参照）が、
−Ｖ ７ＧからＶπに不連続的に変化するときに、単安
定マルチバイブレータ２５．２６で発生したパルス（第
５図、第８図参照）が時間的に重なるので、ＡＮＤ回路
２９にはアップパルスが出力される（第１０図参照）。
測定対象物６が負方向に変位する場合には、サンプルホ
ールド回路１９の出力（第３図参照）がＶπから一■π
に不連続的に変化するときに単安定マルチバイブレータ
２７，２８で発生したパルス（第６図、第９図参照）が
重なり、ＡＮＤ回路３０にダウンパルスが出力される。
ールド回路１９の出力（第３図参照）がＶπから一■π
に不連続的に変化するときに単安定マルチバイブレータ
２７，２８で発生したパルス（第６図、第９図参照）が
重なり、ＡＮＤ回路３０にダウンパルスが出力される。
（第１１図参照）。
上の説明は変位速度が一定の場合についてであるが、変
位速度が変化する場合にも同様のことがいえる。
位速度が変化する場合にも同様のことがいえる。
第１２図に第１図に示すゲート信号発生回路１７の一例
を示す。５３．５４はコンパレータでコンパレータ５３
のレファレンス電圧は■πに、５４のレファレンス電圧
は−Ｖπに設定されており、前記コンパレータ５３，５
４の出力はＦＯＲ回路５５に入力される。また５６はＤ
タイプフリップフロップで前記コンパレータ５３の立ち
上りでセットされ、サンプルホールド回路１９への入力
パルスでリセットされる。５７はＡＮＤ回路である。こ
の回路によれば、入力電圧が−７１以上になった瞬間に
ゲートが開き、単安定マルチバイブレータ１６の出力パ
ルスが１個ＡＮＤ回路１８を通過した直後にゲートが閉
じるので、第１図に示す電気光学結晶８の駆動電圧が一
■π以上となった時刻から後、最初の反射光の位相が電
気光学結晶８で補償された瞬間に発生したパルスのみを
選択することができる。
を示す。５３．５４はコンパレータでコンパレータ５３
のレファレンス電圧は■πに、５４のレファレンス電圧
は−Ｖπに設定されており、前記コンパレータ５３，５
４の出力はＦＯＲ回路５５に入力される。また５６はＤ
タイプフリップフロップで前記コンパレータ５３の立ち
上りでセットされ、サンプルホールド回路１９への入力
パルスでリセットされる。５７はＡＮＤ回路である。こ
の回路によれば、入力電圧が−７１以上になった瞬間に
ゲートが開き、単安定マルチバイブレータ１６の出力パ
ルスが１個ＡＮＤ回路１８を通過した直後にゲートが閉
じるので、第１図に示す電気光学結晶８の駆動電圧が一
■π以上となった時刻から後、最初の反射光の位相が電
気光学結晶８で補償された瞬間に発生したパルスのみを
選択することができる。
つぎに？ｌｌｌ定対象物６の変位速度が大きい場合の動
作を第１３図、第１４図を用いて説明する。第１３図は
測定対象物６が徐々に加速し、再び減速する過程でのサ
ンプルホールド回路１９の出力（ａ）、アップダウンパ
ルス発生回路２２の出力パルス（ｂ）、光検出器１２の
出力電圧（Ｃ）、パルス発生器３１の出力パルス（ｄ）
を示すものである。変位の速度に反比例して第１３図（
ａ）に示したサンプルホールド回路１９の出力電圧（の
こぎり波）の周期が短くなる。ここで、のこぎり波の周
期が電気光学結晶８への印加電圧の周期の約５倍以上の
ときにはアップダウンパルス発生回路２２が正しく動作
する。しかし、のこぎり波の周期がそれ以上短くなると
サンプルホールド回路１９の出力波形はのこぎり波から
ずれでくるのでアップダウンパルス発生回路２２が誤動
作する可能性がある。（第１３図においてこの誤動作の
可能性のある区間のサンプルホールド回路１９の出力電
圧及びアップダウンパルス発生回路２２の出力パルスは
破線で示した。） そこで、モード切換回路３５で、アップダウンカウンタ
５２の入力パルスの周期が電気光学結晶８への印加電圧
の周期の５倍になった瞬間を検知し、これよりパルス間
隔が長いときは、アップダウンパルス発生回路２２の出
力パルスを、短いときにはパルス発生器３１の出力パル
スをアップダウンカウンタ５２へ入力する。以後、アッ
プダウンパルス発生回路２２の出力パルスをカウントす
るときを低速モード、パルス発生回路３１の出力パルス
をカウントするときを高速モードと呼ぶ。
作を第１３図、第１４図を用いて説明する。第１３図は
測定対象物６が徐々に加速し、再び減速する過程でのサ
ンプルホールド回路１９の出力（ａ）、アップダウンパ
ルス発生回路２２の出力パルス（ｂ）、光検出器１２の
出力電圧（Ｃ）、パルス発生器３１の出力パルス（ｄ）
を示すものである。変位の速度に反比例して第１３図（
ａ）に示したサンプルホールド回路１９の出力電圧（の
こぎり波）の周期が短くなる。ここで、のこぎり波の周
期が電気光学結晶８への印加電圧の周期の約５倍以上の
ときにはアップダウンパルス発生回路２２が正しく動作
する。しかし、のこぎり波の周期がそれ以上短くなると
サンプルホールド回路１９の出力波形はのこぎり波から
ずれでくるのでアップダウンパルス発生回路２２が誤動
作する可能性がある。（第１３図においてこの誤動作の
可能性のある区間のサンプルホールド回路１９の出力電
圧及びアップダウンパルス発生回路２２の出力パルスは
破線で示した。） そこで、モード切換回路３５で、アップダウンカウンタ
５２の入力パルスの周期が電気光学結晶８への印加電圧
の周期の５倍になった瞬間を検知し、これよりパルス間
隔が長いときは、アップダウンパルス発生回路２２の出
力パルスを、短いときにはパルス発生器３１の出力パル
スをアップダウンカウンタ５２へ入力する。以後、アッ
プダウンパルス発生回路２２の出力パルスをカウントす
るときを低速モード、パルス発生回路３１の出力パルス
をカウントするときを高速モードと呼ぶ。
光検出器１２の出力電圧（第１３図（ｃ）参照）は測定
対象物６がλ／２変位するごとに最小になり、かつその
タイミングはアップダウンパルス発生回路２２が誤動作
をし始めるまではサンプルホールド回路１９の出力電圧
（第１３図（ａ）参照）が不連続に−Ｖπ→Ｖπ又は■
π→−Ｖπと変化する瞬間、頗ちアップダウンパルスの
発生する瞬間と一致する。（第１３図（ｂ）参照）した
がってこの瞬間にパルス発生器３４でパルスを発生しく
第１３図（ｄ）参照）これをモード切換回路３５を介し
てアップダウンパルス発生回路２２の出力の代りにアッ
プダウンカウンタ５２に入力すると測定対象物がさらに
高速で変位するときも該カウントをおかさない、（ただ
し、高速モード時のサンプルホールド回路１９の出力は
無意味であり、分解能はλ／２となる。）また、測定対
象物の変位速度が小さくなり、前記サンプルホールド回
路１９の出力（のこぎり波）の周期が電気光学結晶８へ
の印加電圧の周期の５倍以上になったときには、その瞬
間に高速モードパルスのかわりにアップダウンパルス発
生回路２２の出力パルスをアップダウンカウンタ５２に
入力し、低速モード動作に移る。
対象物６がλ／２変位するごとに最小になり、かつその
タイミングはアップダウンパルス発生回路２２が誤動作
をし始めるまではサンプルホールド回路１９の出力電圧
（第１３図（ａ）参照）が不連続に−Ｖπ→Ｖπ又は■
π→−Ｖπと変化する瞬間、頗ちアップダウンパルスの
発生する瞬間と一致する。（第１３図（ｂ）参照）した
がってこの瞬間にパルス発生器３４でパルスを発生しく
第１３図（ｄ）参照）これをモード切換回路３５を介し
てアップダウンパルス発生回路２２の出力の代りにアッ
プダウンカウンタ５２に入力すると測定対象物がさらに
高速で変位するときも該カウントをおかさない、（ただ
し、高速モード時のサンプルホールド回路１９の出力は
無意味であり、分解能はλ／２となる。）また、測定対
象物の変位速度が小さくなり、前記サンプルホールド回
路１９の出力（のこぎり波）の周期が電気光学結晶８へ
の印加電圧の周期の５倍以上になったときには、その瞬
間に高速モードパルスのかわりにアップダウンパルス発
生回路２２の出力パルスをアップダウンカウンタ５２に
入力し、低速モード動作に移る。
つぎにモード切換回路３５の動作を説明する。
第１４図は（第１３図に示した場合に対応する）。
モード切換回路３５の各部の波形を示す。第１４図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ単安定マルチバイブレー
タ４６の入力、Ｑ出力、−６−出力、第１４図（ｄ）、
（ｃ）はそれぞれＡＮＤ回路３８．３９の出力である。
）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ単安定マルチバイブレー
タ４６の入力、Ｑ出力、−６−出力、第１４図（ｄ）、
（ｃ）はそれぞれＡＮＤ回路３８．３９の出力である。
第１４図（ｆ）、 （ｇ）はＲ−Ｓフリップフロップ４
５のＱ出力、−Ｑ−出力、第１４図（ｈ）、（ｉ）はそ
れぞれＡＮＤ回路４０．４１の出力である。入力パルス
の間隔が準安定マルチバイブレータ４６の出力パルス巾
より長いときはＲ−Ｓフリップフロップ４５がセットさ
れ、Ｑ出力がＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３９を介して
Ｒ−Ｓフリップフロップ４５がリセットされＡＮＤ回路
４１がＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３６．３７によりア
ップダウンパルス発生回路２５の出力パルスが選択され
る。このときパルス発生回路３１の出力パルスはフリッ
プフロップ回路４５のＱ出力（Ｌ ｏ ｗ）がＡＮＤ回
路４４を介してＡＮＤ回路４１．４２に供給されるので
ここで阻止される。
５のＱ出力、−Ｑ−出力、第１４図（ｈ）、（ｉ）はそ
れぞれＡＮＤ回路４０．４１の出力である。入力パルス
の間隔が準安定マルチバイブレータ４６の出力パルス巾
より長いときはＲ−Ｓフリップフロップ４５がセットさ
れ、Ｑ出力がＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３９を介して
Ｒ−Ｓフリップフロップ４５がリセットされＡＮＤ回路
４１がＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３６．３７によりア
ップダウンパルス発生回路２５の出力パルスが選択され
る。このときパルス発生回路３１の出力パルスはフリッ
プフロップ回路４５のＱ出力（Ｌ ｏ ｗ）がＡＮＤ回
路４４を介してＡＮＤ回路４１．４２に供給されるので
ここで阻止される。
一方、入力パルスの間隔が単安定マルチバイブレータ４
６の出力パルス巾より短くなるとＲ−Ｓフリップフロッ
プ４５がセットされ、Ｑ、Ｑ出力が反転し、パルス発生
回路３１の出力が選択され、アップダウンパルス発生回
路２２の出力パルスは阻止される。このとき、パルス発
生回路３１の出力にはアップ、ダウンの区別がないので
モード切換直前の低速モードにおける変位方向をフリッ
プフロップ４４に記憶して、これによってアップ。
６の出力パルス巾より短くなるとＲ−Ｓフリップフロッ
プ４５がセットされ、Ｑ、Ｑ出力が反転し、パルス発生
回路３１の出力が選択され、アップダウンパルス発生回
路２２の出力パルスは阻止される。このとき、パルス発
生回路３１の出力にはアップ、ダウンの区別がないので
モード切換直前の低速モードにおける変位方向をフリッ
プフロップ４４に記憶して、これによってアップ。
ダウンを区別する。また、フリツプフロツプ４５のＱ、
Ｑ出力の立上りをディレィ素子４７゜４８．ＡＮＤ４０
．４１を用いて一定時間おくらせているのは、モード切
換の瞬間にアップダウンパルス発生回路２２の出力パル
スと高パルス発生回路３１の出力パルスの両方がモード
切換回路３５を通過しアップダウンカウンタ５２に入っ
てカウントミスをおこさないようにするためである。
Ｑ出力の立上りをディレィ素子４７゜４８．ＡＮＤ４０
．４１を用いて一定時間おくらせているのは、モード切
換の瞬間にアップダウンパルス発生回路２２の出力パル
スと高パルス発生回路３１の出力パルスの両方がモード
切換回路３５を通過しアップダウンカウンタ５２に入っ
てカウントミスをおこさないようにするためである。
第１５図は本発明の他の実施例で第１図と同一符号のも
のは同一物を表す。
のは同一物を表す。
５８はＲ−Ｓフリップフロップ４５のＱ出力で駆動され
るスイッチング手段としての電子スイッチである。変位
が低速の場合（Ｑ出力がＬｏｗのとき）前記電子スイッ
チはＡ、Ｃ，増幅器２０と電気光学結晶８を接続するよ
うに設定する。この状態での動作は実施例と同じである
。変位が速くなり前記フリップフロップ４５のでの出力
がＨｉになると電子スイッチ５８が働き前記電気光学結
晶８の印加電圧を零にするので、電気光学結晶８では反
射光８１，１３２の間に新たな移相差は発生しない。し
たがって光検出器１］の出力電圧は実施例］におけろ光
検出器１２の出力電圧と同様になるので単安定マルチバ
イブレータ３４には高速モードパルスが発生する。
るスイッチング手段としての電子スイッチである。変位
が低速の場合（Ｑ出力がＬｏｗのとき）前記電子スイッ
チはＡ、Ｃ，増幅器２０と電気光学結晶８を接続するよ
うに設定する。この状態での動作は実施例と同じである
。変位が速くなり前記フリップフロップ４５のでの出力
がＨｉになると電子スイッチ５８が働き前記電気光学結
晶８の印加電圧を零にするので、電気光学結晶８では反
射光８１，１３２の間に新たな移相差は発生しない。し
たがって光検出器１］の出力電圧は実施例］におけろ光
検出器１２の出力電圧と同様になるので単安定マルチバ
イブレータ３４には高速モードパルスが発生する。
第１６図はアップダウンパルス発生回路２２の他の構成
例である。第１図と同一符号のものは同一物を表す、５
９，６０，６１．６２はディレィ素子、６３，６４，６
５．６６はインバータ回路、６７．６８，６９．７０は
ＡＮＤ回路である。例えばディレィ素子５９．インバー
タ回路６３゜ＡＮＤ回路６７から成る部分は入力の立ち
上りでトリガされる単安定マルチバイブレータと同等の
機能をもち、動作も単安定マルチバイブレータに比して
安定である。
例である。第１図と同一符号のものは同一物を表す、５
９，６０，６１．６２はディレィ素子、６３，６４，６
５．６６はインバータ回路、６７．６８，６９．７０は
ＡＮＤ回路である。例えばディレィ素子５９．インバー
タ回路６３゜ＡＮＤ回路６７から成る部分は入力の立ち
上りでトリガされる単安定マルチバイブレータと同等の
機能をもち、動作も単安定マルチバイブレータに比して
安定である。
第１７図は第１図におけるアンプダウンパルス発生回路
２２のコンパレータ２３，２４部分をディジタル化した
もので、’７０はＡ／Ｄ変換器、２３’ 、２４’
はデジタルコンパレータ、７１゜７２はスイッチアレイ
で前記ディジタルコンパレータ２３’ 、２４’のレフ
ァレンスを設定する。
２２のコンパレータ２３，２４部分をディジタル化した
もので、’７０はＡ／Ｄ変換器、２３’ 、２４’
はデジタルコンパレータ、７１゜７２はスイッチアレイ
で前記ディジタルコンパレータ２３’ 、２４’のレフ
ァレンスを設定する。
Ａ／Ｄコンバータ７０の出力はサンプルホールド回路１
９の出力電圧をディジタル化したものになっているので
、第１の実施例における位相差の端数分（サンプルホー
ルド回路１９の出力電圧）と位相差−を基準にしてカウ
ントしたカウント結果（アップダウンカウンタ５２の出
力）を演算・合成して変位量を求めるときにそのまま利
用できるという利点がある。
９の出力電圧をディジタル化したものになっているので
、第１の実施例における位相差の端数分（サンプルホー
ルド回路１９の出力電圧）と位相差−を基準にしてカウ
ントしたカウント結果（アップダウンカウンタ５２の出
力）を演算・合成して変位量を求めるときにそのまま利
用できるという利点がある。
第１８図は第１図のモード切換回路３５のパルス間隔検
出部の他の構成例である。７３はクロック発振回路、７
４はインバータ回路、７５はスイッチアレイ、７６はデ
ィジタルコンパレータ、７７はカウンタ、７８はディレ
ィ素子、７９はラッチ回路、８０はＡＮＤ回路である。
出部の他の構成例である。７３はクロック発振回路、７
４はインバータ回路、７５はスイッチアレイ、７６はデ
ィジタルコンパレータ、７７はカウンタ、７８はディレ
ィ素子、７９はラッチ回路、８０はＡＮＤ回路である。
モード切換回路への入力パルスでカウンタ７７がリセッ
トされ、その瞬間からクロック信号をカウントし始める
。ここで、次のパルスが入る前に、カウンタ７７のカウ
ント結果とスイッチアレイ７５の設定値が等しくなると
、コンパレータ７７の２出力がＨｉｇｈになりインバー
タ回路７４を介してＬＯＷ出力がＡＮＤ回路８０に供給
されるので、これ以上カウント結果は増加しない。スイ
ッチアレイ７５の設定値に満たない場合は、（Ａ＝Ｂ）
出力はＬｏｗである。したがって、入力パルスの間隔が
（クロック周波数）Ｘ（スイッチアレイの設定値）より
長いときはＨｉｇｈ、短いときはＬｏｗがラッチ回路７
９に出力される。パルス間隔検出部をディジタル化する
と、モード切り換えを行うパルス間隔の設定が容易で、
かつ正確に行えるという利点がある。
トされ、その瞬間からクロック信号をカウントし始める
。ここで、次のパルスが入る前に、カウンタ７７のカウ
ント結果とスイッチアレイ７５の設定値が等しくなると
、コンパレータ７７の２出力がＨｉｇｈになりインバー
タ回路７４を介してＬＯＷ出力がＡＮＤ回路８０に供給
されるので、これ以上カウント結果は増加しない。スイ
ッチアレイ７５の設定値に満たない場合は、（Ａ＝Ｂ）
出力はＬｏｗである。したがって、入力パルスの間隔が
（クロック周波数）Ｘ（スイッチアレイの設定値）より
長いときはＨｉｇｈ、短いときはＬｏｗがラッチ回路７
９に出力される。パルス間隔検出部をディジタル化する
と、モード切り換えを行うパルス間隔の設定が容易で、
かつ正確に行えるという利点がある。
第１９図は第１図の移相量検出手段１３の他の構成例で
ある。第１図と同一符号のものは同一物を表す。８１は
コンパレータ、８２は単安定マルチバイブレータ、８３
はカウンタ回路、８４はラッチ回路、８５はＲＯＭ、８
６はクロック発生器である。電気光学結晶８への印加電
圧がＶｓ を越えた瞬間をコンパレータ８１で検吊し、
単安定マルチバイブレータ８２で短いパルスを発生させ
、カウンタ８３をリセットし、その直後から再びカラン
トを開始する。反射光の位相が補償された瞬間に単安定
マルチバイブレータ１６で発生したパルスはＡＮＤ回路
１８を通りラッチ回路８４を作動させる。位相補償時の
カウント結果はラッチ回路８４を介してＲＯＭ８５のア
ドレス入力に導かれる。カウント開始の瞬間からラッチ
作動時までに要した時間はこのカウント結果から求めら
れるのでカウント開始時からの経過時間と移相量の関係
を予め校正し、ＲＯＭに記憶させておけば反射光の位相
が補償された瞬間の移相量をＲＯＭ８５の出力から知る
ことができる６ 第２０図はさらに他の実施例である。
ある。第１図と同一符号のものは同一物を表す。８１は
コンパレータ、８２は単安定マルチバイブレータ、８３
はカウンタ回路、８４はラッチ回路、８５はＲＯＭ、８
６はクロック発生器である。電気光学結晶８への印加電
圧がＶｓ を越えた瞬間をコンパレータ８１で検吊し、
単安定マルチバイブレータ８２で短いパルスを発生させ
、カウンタ８３をリセットし、その直後から再びカラン
トを開始する。反射光の位相が補償された瞬間に単安定
マルチバイブレータ１６で発生したパルスはＡＮＤ回路
１８を通りラッチ回路８４を作動させる。位相補償時の
カウント結果はラッチ回路８４を介してＲＯＭ８５のア
ドレス入力に導かれる。カウント開始の瞬間からラッチ
作動時までに要した時間はこのカウント結果から求めら
れるのでカウント開始時からの経過時間と移相量の関係
を予め校正し、ＲＯＭに記憶させておけば反射光の位相
が補償された瞬間の移相量をＲＯＭ８５の出力から知る
ことができる６ 第２０図はさらに他の実施例である。
第２０図において第１図と同一番号を付けたものは同一
物を示す。８６はビームスプリッタ、８７．８８は偏光
板で、偏光板８７の透過軸は紙面と４５°の角をなし、
偏光板８８は一４５°の角をなす。８９．９０は光検出
器、９１は差動増幅器である。１６′は立ち上がり・立
ち下がり検出回路でコンパレータ１５の立ち上がり、立
ち下がりの両方を検出し、パルスを発生させる。１７は
ゲート信号発生回路で、ＡＮＤ回路１８と合わまで増加
する間に前記立上がり・立下がり検出回路１６′で発生
した最初の１個のパルスを透過さの位相差を発生させる
のに必要な電圧である。
物を示す。８６はビームスプリッタ、８７．８８は偏光
板で、偏光板８７の透過軸は紙面と４５°の角をなし、
偏光板８８は一４５°の角をなす。８９．９０は光検出
器、９１は差動増幅器である。１６′は立ち上がり・立
ち下がり検出回路でコンパレータ１５の立ち上がり、立
ち下がりの両方を検出し、パルスを発生させる。１７は
ゲート信号発生回路で、ＡＮＤ回路１８と合わまで増加
する間に前記立上がり・立下がり検出回路１６′で発生
した最初の１個のパルスを透過さの位相差を発生させる
のに必要な電圧である。
この実施例においては、一点鎖線で囲んだパルス発生回
路３１は、前記差動増幅器９１．コンパレータ１５、立
ち上がり・立ち下がり検出回路１６′で構成され、移相
量検出手段１３の一部を構成している。
路３１は、前記差動増幅器９１．コンパレータ１５、立
ち上がり・立ち下がり検出回路１６′で構成され、移相
量検出手段１３の一部を構成している。
つぎに動作を説明する。第１図の実施例と同じ経路を経
て測定対象物６で反射した光Ｂ１ （紙面と垂直な振動
面を持っている）と基準面５で反射した光Ｂｚ （紙
面と平行な振動面をもっている）は、ビームスプリッタ
８６に至り、ここで反射光と透過光に分れる。反射光を
８１’ ＨＢ２’ ？透過光を８１’ 、 Ｂ２’とす
る。反射光Ｂ１’、Ｂ２’は偏光板８８を透過して干渉
を起こす。この光の強度を１１とする。また透過光Ｂ
、Ｆ 、 Ｂ 、ＩＩは偏光板８７を透過して干渉を起
こす。
て測定対象物６で反射した光Ｂ１ （紙面と垂直な振動
面を持っている）と基準面５で反射した光Ｂｚ （紙
面と平行な振動面をもっている）は、ビームスプリッタ
８６に至り、ここで反射光と透過光に分れる。反射光を
８１’ ＨＢ２’ ？透過光を８１’ 、 Ｂ２’とす
る。反射光Ｂ１’、Ｂ２’は偏光板８８を透過して干渉
を起こす。この光の強度を１１とする。また透過光Ｂ
、Ｆ 、 Ｂ 、ＩＩは偏光板８７を透過して干渉を起
こす。
この光強度をＴ２とする。ここで偏光板８７゜８８の透
過軸の方向が異なっているので、１１と工２の平均値は
等しいが反射光の位相差対する強 。
過軸の方向が異なっているので、１１と工２の平均値は
等しいが反射光の位相差対する強 。
層変化の位相は１８０”ずれている。第２１図及び第２
２図は、この様子を示すもので、それぞれ横軸に位相差
φを、縦軸に光の強度エエ及び工２をとっている。した
がって、この干渉光強度を光検出器で電気信号に変換し
、差動増幅器で差をとると、その出力ｅｓは第２３図の
ように変化する。
２図は、この様子を示すもので、それぞれ横軸に位相差
φを、縦軸に光の強度エエ及び工２をとっている。した
がって、この干渉光強度を光検出器で電気信号に変換し
、差動増幅器で差をとると、その出力ｅｓは第２３図の
ように変化する。
したがって、前述の（３）式のφ、が（９）式を満たす
とき、差動増幅器９１の出力が零になる。
とき、差動増幅器９１の出力が零になる。
φｔ＝φ＋φ１
π
＝ｎπ＋−・パ（９）
ここで、ｎは整数である。
すなわち、（３）式と（９）式から、次の（１０）式が
成り立つ。
成り立つ。
二二で、電気光学結晶８で変動させる位相φ。
の振幅Ａを一以上に設定する。このときφ１は−Ａ≦φ
１≦Ａの範囲で変動しており、（９）式が満足されると
きに差動増幅ｇ！９１の出力が零をよぎるのでコンパ−
レータ１５の出力がＩ（ｉｇｈからＬｏｗ、またはＬｏ
ｗからＨｉｇｈに変化して前記立ち」二がり立ち下がり
検出回路１６′にパルスが発の範囲にある間で最初に発
生したパルスのみをゲート信号発生回路１７とＡＮＤ回
路１８で選択し、その時刻での電気光学結晶８への印加
電圧をサンプルホールド回路１９でサンプルし、そのと
きの移相量φＳを求める。このとき、反射光８１１ Ｈ
ｚの位相差φとサンプルホールド回路１９の出力電圧の
関係、すなわち、移相器８への印加電圧■８との関係は
、第２４図に示したようになる。したかって、変位量は
次のようにして求めることができる。
１≦Ａの範囲で変動しており、（９）式が満足されると
きに差動増幅ｇ！９１の出力が零をよぎるのでコンパ−
レータ１５の出力がＩ（ｉｇｈからＬｏｗ、またはＬｏ
ｗからＨｉｇｈに変化して前記立ち」二がり立ち下がり
検出回路１６′にパルスが発の範囲にある間で最初に発
生したパルスのみをゲート信号発生回路１７とＡＮＤ回
路１８で選択し、その時刻での電気光学結晶８への印加
電圧をサンプルホールド回路１９でサンプルし、そのと
きの移相量φＳを求める。このとき、反射光８１１ Ｈ
ｚの位相差φとサンプルホールド回路１９の出力電圧の
関係、すなわち、移相器８への印加電圧■８との関係は
、第２４図に示したようになる。したかって、変位量は
次のようにして求めることができる。
測定対象物６が一変位するごとに、発生する前記サンプ
ルホールド回路１９の出力電圧の不連続的変化をカウン
タ回路５２でカウントし、カランＶ− を加える。ここで、Ｖ ｓ ｏ 、 Ｖ ｓ １はそれ
ぞれ測定対象物６が原点位置および最終位置にあるとき
のサンプルホールド回路１９の出力電圧である。
ルホールド回路１９の出力電圧の不連続的変化をカウン
タ回路５２でカウントし、カランＶ− を加える。ここで、Ｖ ｓ ｏ 、 Ｖ ｓ １はそれ
ぞれ測定対象物６が原点位置および最終位置にあるとき
のサンプルホールド回路１９の出力電圧である。
第２５図は前記立ち上がり・立ち下がり検出回路１６′
の構成例で９２はディレィ素子、９３はＦＯＲ回路であ
る。第２６図は立ち上がり・立ち下がり検出回路１６′
の他の構成例で９４はインバータ回路、９５．９６は単
安定マルチバイブレータ、９７はＯＲ回路である。
の構成例で９２はディレィ素子、９３はＦＯＲ回路であ
る。第２６図は立ち上がり・立ち下がり検出回路１６′
の他の構成例で９４はインバータ回路、９５．９６は単
安定マルチバイブレータ、９７はＯＲ回路である。
本発明による変位の測定装置は、測定対象物の移！ｌす
」速度が小さいときは違精度に測定し、移動速度が大き
いときは分解能は多少犠牲にして応答性を高めることに
より、高い応答性と測定精度を両立させることができ、
位置決め用の変位測定装置として非常な利点を有する。
」速度が小さいときは違精度に測定し、移動速度が大き
いときは分解能は多少犠牲にして応答性を高めることに
より、高い応答性と測定精度を両立させることができ、
位置決め用の変位測定装置として非常な利点を有する。
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図〜第１１図
、第１３図及び第１４図はその動作説明図、第１２図は
第１図におけるゲート信号発生回路の一例の構成図、第
１５図は本発明の他の実施例の構成図、第１６図及び第
１７図は第１図、第１５図におけるアップダウンパルス
発生回路の他の例の構成図、第１８は第１図、第１５図
におけるモード切換回路の他の例の構成図、第１９図は
第１図、第１５図における移相量検出手段の他の例の構
成図、第２０図は本発明の他の実施例の構成図、第２１
図〜第２４図はその動作説明図、第２５図及び第２６図
は第２０図における立ち上がり・立ち下がり検出回路の
他の例の構成図である。 １・・・光源、６・・・測定対象物、８・・・電気光学
結晶。 １１．１２・・・光検出器、１３・・・移相量検出手段
、１７．１７’・・・ゲート信号発生回路、１８・・・
ＡＮＤ回路、１９・・・サンプルホールド回路、２２・
・・アップダウンパルス発生回路、３１・・・パルス発
生回路、３５・・・モード切換回路、５２・・・アップ
ダウンカウンタ、５８・・・電子スイッチ。
、第１３図及び第１４図はその動作説明図、第１２図は
第１図におけるゲート信号発生回路の一例の構成図、第
１５図は本発明の他の実施例の構成図、第１６図及び第
１７図は第１図、第１５図におけるアップダウンパルス
発生回路の他の例の構成図、第１８は第１図、第１５図
におけるモード切換回路の他の例の構成図、第１９図は
第１図、第１５図における移相量検出手段の他の例の構
成図、第２０図は本発明の他の実施例の構成図、第２１
図〜第２４図はその動作説明図、第２５図及び第２６図
は第２０図における立ち上がり・立ち下がり検出回路の
他の例の構成図である。 １・・・光源、６・・・測定対象物、８・・・電気光学
結晶。 １１．１２・・・光検出器、１３・・・移相量検出手段
、１７．１７’・・・ゲート信号発生回路、１８・・・
ＡＮＤ回路、１９・・・サンプルホールド回路、２２・
・・アップダウンパルス発生回路、３１・・・パルス発
生回路、３５・・・モード切換回路、５２・・・アップ
ダウンカウンタ、５８・・・電子スイッチ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基準面と測定対象物に光源からの光ビームを照射し
、基準面、測定対象物での反射光の干渉を利用して測定
対象物の変位を測定する変位の光学的測定装置において
、前記反射光の位相差を少なくともπｒａｄ以上の振幅
（全振幅）で周期的、かつ強制的に変化させる移相器と
、測定対象の変位によつて発生する反射光の位相の変化
が前記移相器によつて補償される瞬間に前記移相器に加
えた駆動信号の大きさからそのときの移相量を検出する
移相量検出手段と、前記測定対象物が変位することによ
つて発生する反射光の位相差が一定値を越えるごとに生
じる前記移相量の不連続的変化を検知し、変位の方向に
よつてアップパルス又はダウンパルスを発生するアップ
ダウンパルス発生回路と、干渉信号の明暗の変化を感知
しパルスを発生させるパルス発生回路と、測定対象物の
変位速度が小さい場合には前記モードアップダウンパル
ス発生回路の出力パルスを、速いときには前記パルス発
生回路の出力パルスを選別するモード切換回路とモード
切換回路の出力パルスを選別するモード切換回路を有し
、前記測定対象物の変位速度の小さい時には前記移相量
検出手段の出力値と前記カウンタ回路の出力値を合わせ
て、変位速度の大きいときはカウンタの出力値から測定
対象物の変位を求めることを特徴とする変位の光学的測
定装置。 ２、前記移相量検出手段は、微分回路と、コンパレータ
回路と、単安定マルチバイブレータと、前記移相器に印
加した周期的駆動信号の一周期の間で前記駆動信号が一
定範囲内にある間に発生する複数個の反射光の位相が補
償された瞬間から特定の瞬間を選ぶためのゲート信号発
生回路と、ＡＮＤ回路と反射光の移相が補償された瞬間
の前記移相器の駆動信号をサンプルホールドするための
サンプルホールド回路から構成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の変位の光学的測定装置
。 ３、前記ゲート信号発生回路は、コンパレータ回路とフ
リップフロップ回路とＡＮＤ回路を有し、前記移相器の
駆動信号が一定値を越えた瞬間を前記コンパレータで検
出して前記フリップフロップ回路をセットし、駆動信号
が一定範囲内にある間に最初に発生した位相補償点を検
出し、その直後に前記フリップフロップ回路をリセット
し、前記移相器の駆動信号が一定範囲内にある間で発生
した最初の位相補償点を選ぶものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の変位の光学的測定装置。 ４、前記移相量検出手段は、クロック発生器、カウンタ
回路、コンパレータ回路を有し、前記移相器の駆動信号
が一定値を越えた瞬間からクロック信号をカウントし始
め、反射光の位相が補償された瞬間のカウント結果から
位相補償点での移相量を検出することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の変位の光学的測定装置。 ５、前記パルス発生回路は前記移相器の前に設置した反
射光分枝出段によつてとり出した反射光の一部を干渉さ
せて得られる干渉信号を利用して動作させることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の変位の光学的測定装
置。 ６、前記パルス発生回路は、前記移相量検出手段の微分
回路とコンパレータ回路と単安定マルチバイブレータが
兼ねるように構成したことを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の変位の光学的測定装置。 ７、前記アップダウンパルス発生回路は、複数個のコン
パレータと複数個の単安定マルチバイブレータとＡＮＤ
回路を有し、前記移相量検出手段の出力の不連続的変化
及びその方向を感知しアップパルスまたは、ダウンパル
スを出力することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の変位の光学的測定装置。 ８、前記アップダウンパルス発生回路は、複数個のコン
パレータと複数個のディレィ素子とＡＮＤ回路を有し、
前記移相量検出手段の出力の不連続的変化及びその方向
を感知し、アップパルスまたはダウンパルスを出力する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位の光
学的測定装置。 ９、前記モード切換回路は、リトリガブル単安定マルチ
バイブレータとフリップフロップ回路を有し、入力パル
ス間隔と前記リトリガブル単安定マルチバイブレータの
出力パルス巾の大小を比較し、出力を切り換えることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位の光学的測
定装置。 １０、前記モード切換回路はクロックパルス発生器とカ
ウンタ回路とデジタルコンパレータと入力パルスと同期
してモード切換信号を変化させるラッチ回路を有し、入
力パルスによつてカウンタ回路をリセットの後、クロッ
クをカウントし始め、次の入力パルスが入つた瞬間のカ
ウント結果とある一定の値の大小を比較し出力を切り換
えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位
の光学的測定装置。 １１、前記モード切換回路はモード切換信号の立上り、
立下り、又はその両方を一定時間遅らせるディレィ素子
を有することを特徴とする特許請求の範囲第９項又は第
１０項記載の変位の光学的測定装置。 １２、前記モード切換回路は、前記移相器の駆動信号路
に挿入されて、この駆動信号を切換えるスイッチング手
段を有し、測定対象物の変位速度の大きいときは前記移
相器の駆動信号を一定にし、小さいときは周期的に変化
させることを特徴とする特許請求の範囲第９項〜第１１
項のいずれか一項に記載の変位の光学的測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228616A JPS6288902A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 変位の光学的測定方法および測定装置 |
| KR1019860008627A KR900005640B1 (ko) | 1985-10-16 | 1986-10-15 | 변위의 광학적 측정방법 및 측정장치 |
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| EP86114348A EP0219127B1 (en) | 1985-10-16 | 1986-10-16 | Method of and apparatus for optically measuring displacement |
| DE8686114348T DE3679142D1 (de) | 1985-10-16 | 1986-10-16 | Verfahren und vorrichtung zur verschiebungsmessung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228616A JPS6288902A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 変位の光学的測定方法および測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JPH0352881B2 JPH0352881B2 (ja) | 1991-08-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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1986
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- 1986-10-16 DE DE8686114348T patent/DE3679142D1/de not_active Expired - Lifetime
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