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JP3223789B2 - Laser measuring instrument - Google Patents
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JP3223789B2 - Laser measuring instrument - Google Patents

Laser measuring instrument

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JP3223789B2
JP3223789B2 JP08009296A JP8009296A JP3223789B2 JP 3223789 B2 JP3223789 B2 JP 3223789B2 JP 08009296 A JP08009296 A JP 08009296A JP 8009296 A JP8009296 A JP 8009296A JP 3223789 B2 JP3223789 B2 JP 3223789B2
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイケルソン干渉計の
出力信号から干渉縞を観測して光路差を求める装置に使
用されるレーザ測長器に関し、詳しくはそのレーザ測長
器において得られる干渉信号から直流成分を除去するた
めの改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser length measuring device used for an apparatus for observing interference fringes from an output signal of a Michelson interferometer and for determining an optical path difference, and more particularly, to a laser length measuring device. The present invention relates to an improvement for removing a DC component from an interference signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】偏光干渉法を用いたレーザ測長器では、
信号の直流成分を除去するため光学的に3相信号を作り
これを電気回路で処理する方式が提案されている。例え
ば、特公昭60−24404号(公表番号:昭和55−
500039号)「干渉計システム」に、その直流成分
除去方式の一例が開示されている。
2. Description of the Related Art In a laser measuring device using the polarization interference method,
There has been proposed a system in which a three-phase signal is optically generated to remove a DC component of the signal and processed by an electric circuit. For example, Japanese Patent Publication No. 60-24404 (publication number: Showa 55-
Japanese Patent No. 500039) discloses an example of a DC component removal system in “Interferometer system”.

【0003】図3に上記特許に記載のマイケルソン干渉
計を用いた干渉計の一実施例を示す。図において、レー
ザ光源1から出射した光(既に偏光されていて直線偏光
であるとする)はビームスプリッタ2で分割され、透過
光はコーナーキューブ3によって折り返され、反射光は
コーナーキューブ5によって折り返され、ビームスプリ
ッタ2上で合波される。ただし、反射光は1/8波長板
を2回通過して円偏光となってビームスプリッタ2に達
する。
FIG. 3 shows an embodiment of an interferometer using the Michelson interferometer described in the above patent. In the figure, light emitted from a laser light source 1 (assumed to be already polarized and linearly polarized) is split by a beam splitter 2, transmitted light is turned back by a corner cube 3, and reflected light is turned back by a corner cube 5. Are combined on the beam splitter 2. However, the reflected light passes through the 8 wavelength plate twice, becomes circularly polarized light, and reaches the beam splitter 2.

【0004】ビームスプリッタ2上で合波された光は偏
光ビームスプリッタ6により直交する2個の偏光成分P
およびSに分割され、PおよびS成分の光はそれぞれ光
電変換素子であるフォトディテクタ7,8で検出され
る。また、コーナーキューブ3によって折り返され、ビ
ームスプリッタ2を透過した光は、平面偏光器6を通っ
てフォトディテクタ10で検出される。フォトディテク
タ7と8で検出されるインターフェログラムは90゜の
位相差であり、またフォトディテクタ8と10で検出さ
れるインターフェログラムは180゜の位相差である。
The light multiplexed on the beam splitter 2 is converted into two orthogonal polarization components P by a polarization beam splitter 6.
And S, and the light of the P and S components is detected by photodetectors 7 and 8 which are photoelectric conversion elements, respectively. Light that has been turned back by the corner cube 3 and transmitted through the beam splitter 2 passes through the plane polarizer 6 and is detected by the photodetector 10. The interferograms detected by the photodetectors 7 and 8 have a phase difference of 90 °, and the interferograms detected by the photodetectors 8 and 10 have a phase difference of 180 °.

【0005】これらのフォトディテクタの出力から直流
成分を除去して干渉縞を計数する回路の一例を図4に示
す。各フォトディテクタ10,8,7の出力(直流成分
と交流成分を含む)はそれぞれ増幅器21,22,23
で増幅される。増幅器21,23は差動増幅器24に接
続され、増幅器22,23は差動増幅器25に接続され
ている。差動増幅器はそれぞれ二乗器26,27を介し
て加算器28に接続され、加算器28の出力は平方根器
29を介して2個の比率増幅器30,31のそれぞれの
一方の入力に接続されている。平方根器29の出力は位
相差90゜の入力信号のピーク振幅に比例する信号であ
る。
FIG. 4 shows an example of a circuit that counts interference fringes by removing a DC component from the outputs of these photodetectors. The outputs (including the DC component and the AC component) of the photodetectors 10, 8, 7 are supplied to amplifiers 21, 22, 23, respectively.
Amplified by The amplifiers 21 and 23 are connected to a differential amplifier 24, and the amplifiers 22 and 23 are connected to a differential amplifier 25. The differential amplifier is connected to an adder 28 via squarers 26 and 27, respectively, and the output of the adder 28 is connected via a square root 29 to one input of each of two ratio amplifiers 30 and 31. I have. The output of the square rooter 29 is a signal proportional to the peak amplitude of the input signal having a phase difference of 90 °.

【0006】比率増幅器30,31の他方の入力には差
動増幅器24,25の出力がそれぞれ加えられ、2つの
比率増幅器30,31からは位相差90゜で干渉計内の
光路差の関数として定振幅で正弦曲線的に変化する2つ
の出力信号が得られる。縞計数ユニット32はこの2つ
の信号から光路差に対応する干渉縞を計数する。
The outputs of the differential amplifiers 24 and 25 are respectively applied to the other inputs of the ratio amplifiers 30 and 31. The two ratio amplifiers 30 and 31 output a phase difference of 90 ° as a function of the optical path difference in the interferometer. Two output signals which change sinusoidally with a constant amplitude are obtained. The fringe counting unit 32 counts interference fringes corresponding to the optical path difference from the two signals.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような干渉計システムでは、干渉光を3分割して受光す
るため光学系が複雑になり、また各信号間の精密なバラ
ンス調整が必要であるという問題があった。
However, in the above-mentioned interferometer system, the optical system becomes complicated because the interference light is divided into three and received, and precise balance adjustment between each signal is required. There was a problem.

【0008】本発明の目的は、このような点に鑑み、干
渉信号の直流成分を、一定の変位ごとに干渉信号の最大
・最小値の中間値を測定し補正することによって除去
し、交流成分のみに変換し、干渉縞の計数を行えるよう
にした、簡単な構成のレーザ測長器を実現しようとする
ものである。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to remove a DC component of an interference signal by measuring and correcting an intermediate value between a maximum value and a minimum value of the interference signal at every fixed displacement, thereby removing an AC component. It is an object of the present invention to realize a laser length measuring device having a simple configuration, which is capable of converting into only the interference fringes and counting the interference fringes.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、レーザ光源と、このレーザ光源か
らの光を分割すると共に再び合波するためのハーフミラ
ーと、固定配置され前記分割された一方の光を反射する
一方の反射手段と、移動可能に配置され前記分割された
他方の光を反射する他方の反射手段と、前記2つの反射
手段による光路差の変化に応じて輝度が変化し、互いに
1/4周期の位相差を持ち、前記移動可能な反射手段の
移動方向によって互いの位相の進み遅れ関係が反転する
2つの干渉信号を出力する干渉計と、前記2つの干渉信
号を検出する2組の光電変換素子と、前記各光電変換素
子で検出された干渉信号をローパスフィルタを通して高
周波成分を取り除き、アナログ・デジタル変換した後、
一定数の干渉信号の周期間における最大値と最小値の平
均値を測定してデジタル・アナログ変換し、このデジタ
ル・アナログ変換された信号と前記各光電変換素子で検
出された干渉信号との差を演算することによって前記各
光電変換素子で検出された干渉信号の直流成分を除去す
る2組の信号処理回路と、この2組の信号処理回路の各
出力信号を所定の値と比較してパルス信号に変換する2
組のコンパレータと、この2組のコンパレータが出力す
る両パルス信号の位相関係から、前記移動可能な反射手
段の移動方向を判別する演算手段と、この演算手段によ
って得られた移動方向によって前記パルス信号の数を加
算ないしは減算するアップダウンカウンタと、このアッ
プダウンカウンタの積算値に前記レーザ光の波長値を掛
けて前記移動可能な反射手段の移動量に変換する移動量
演算手段を具備したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a laser light source, a half mirror for splitting light from the laser light source and recombining the light from the laser light source, and a fixed arrangement of the laser light source. One reflecting means for reflecting one of the divided lights; another reflecting means movably disposed to reflect the other divided light; and a luminance according to a change in an optical path difference caused by the two reflecting means. And an interferometer that outputs two interference signals having a phase difference of 周期 period from each other and in which the leading and lag relations of the phases are inverted according to the moving direction of the movable reflecting means; and After two sets of photoelectric conversion elements for detecting signals and the interference signal detected by each of the photoelectric conversion elements are filtered to remove high-frequency components through a low-pass filter and subjected to analog-to-digital conversion,
The average value of the maximum value and the minimum value during the period of a certain number of interference signals is measured and digital-to-analog converted, and the difference between the digital-to-analog converted signal and the interference signal detected by each of the photoelectric conversion elements is measured. And two sets of signal processing circuits for removing the DC component of the interference signal detected by each of the photoelectric conversion elements, and comparing each output signal of the two sets of signal processing circuits with a predetermined value to generate a pulse. Convert to signal 2
A set of comparators, a calculating means for determining the moving direction of the movable reflecting means from the phase relationship between the two pulse signals output from the two sets of comparators, and the pulse signal based on the moving direction obtained by the calculating means. An up-down counter for adding or subtracting the number of the above-mentioned numbers, and a movement amount calculating means for converting the integrated value of the up-down counter by a wavelength value of the laser light to convert the integrated value into a movement amount of the movable reflecting means. Features.

【0010】[0010]

【作用】光路長差に応じて周期的に変化し、光路長の伸
縮すなわち反射手段の移動方向によって進み遅れ関係が
逆転する1/4周期位相のずれた2つの干渉光強度が光
電変換素子で検出される。各光電変換素子の出力には直
流成分と交流成分が含まれている。干渉縞の計数は、前
記光電変換素子の出力が一定値を越えた状態を計数する
ので、直流成分が変動すると正確な計数ができなくな
る。一般に反射手段までの距離が遠くなるにつれて直流
成分および交流成分の値は小さくなる。干渉縞計数を確
実に行うためには、干渉信号から直流成分を除去し、交
流成分のみとして出力が正または負の状態を計数するこ
とが望ましい。
According to the photoelectric conversion element, two interfering light intensities shifted by a 1/4 period phase are periodically changed in accordance with the optical path length difference, and the lead / lag relationship is reversed by the expansion / contraction of the optical path length, ie, the moving direction of the reflection means. Is detected. The output of each photoelectric conversion element includes a DC component and an AC component. Since the interference fringe is counted when the output of the photoelectric conversion element exceeds a certain value, accurate counting cannot be performed if the DC component fluctuates. Generally, the values of the DC component and the AC component decrease as the distance to the reflection unit increases. In order to reliably perform interference fringe counting, it is desirable to remove a DC component from an interference signal and count a positive or negative output as only an AC component.

【0011】信号処理回路では、各干渉信号に対して上
記直流成分除去の処理を行う。まず、電源投入時または
リッセト動作時に、レーザ光源の波長を変化させて1縞
以上変化する干渉信号を発生させる。その間、干渉信号
をデジタル変換し最大値と最小値を求め、それらの平均
値を計算してラッチに記憶し、ラッチの値をアナログ変
換することで、初期状態における直流成分の値を出力す
る。この値を前記干渉信号から差動増幅器で引くことに
よって直流成分を除去する。
The signal processing circuit performs the DC component removal processing on each interference signal. First, when the power is turned on or during the reset operation, the wavelength of the laser light source is changed to generate an interference signal that changes by one or more fringes. In the meantime, the interference signal is digitally converted to obtain the maximum value and the minimum value, the average value is calculated and stored in the latch, and the value of the latch is converted into an analog signal, thereby outputting the DC component value in the initial state. The DC component is removed by subtracting this value from the interference signal with a differential amplifier.

【0012】上記初期動作を行った後、レーザの波長を
一定値に安定させる。以後、反射手段の移動に伴って発
生する各干渉信号に対して、上記処理で得られた各交流
信号を所定の値と比較してパルス信号に変換し、両パル
ス信号の位相関係から反射手段の移動方向を判別して、
方向によりパルス信号の数をアップダウンカウンタで積
算する。積算値にレーザの波長を掛けることによって変
位量が得られる。
After performing the above initial operation, the wavelength of the laser is stabilized at a constant value. Thereafter, for each interference signal generated due to the movement of the reflection means, each AC signal obtained in the above processing is compared with a predetermined value and converted into a pulse signal. The moving direction of
The number of pulse signals is integrated by an up / down counter depending on the direction. The displacement amount is obtained by multiplying the integrated value by the wavelength of the laser.

【0013】干渉信号の直流成分は前記の方法で、パル
スの積算値が所定量変化する間測定を続け、所定量変化
した時点でラッチの値を更新し直流成分の変化に対応す
る。こうすることで反射手段が移動して直流成分の値が
変化しても常にその時点での直流成分を除去して交流成
分のみの干渉信号を得て、正確な干渉縞の計数を行うこ
とができる。また直流成分の値はデジタル値として記憶
されているので反射手段が長時間にわたって移動しなく
ても一定値に保たれる。
The DC component of the interference signal is measured by the above-described method while the integrated value of the pulse changes by a predetermined amount, and when the integrated value of the pulse changes by a predetermined amount, the latch value is updated to correspond to the change of the DC component. In this way, even if the reflection means moves and the value of the DC component changes, the DC component at that time is always removed to obtain an interference signal of only the AC component, and accurate interference fringe counting can be performed. it can. Further, since the value of the DC component is stored as a digital value, the value is maintained at a constant value even if the reflecting means does not move for a long time.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係るレーザ測長器の一実施例
を示す構成図である。なお、図3と同等部分には同一符
号を付し、その部分の説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a laser length measuring device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description of those parts will be omitted.

【0015】図において、10はレーザ光源1の波長を
所定の値に設定する波長値設定回路である。11はスイ
ッチ、12は交流信号発生器である。スイッチ11をオ
ンにすることにより交流信号発生器12の出力が波長値
設定回路10の出力に加算され、レーザ光源1の波長を
交流信号発生器12によって変調させることができる。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a wavelength setting circuit for setting the wavelength of the laser light source 1 to a predetermined value. 11 is a switch, and 12 is an AC signal generator. By turning on the switch 11, the output of the AC signal generator 12 is added to the output of the wavelength value setting circuit 10, and the wavelength of the laser light source 1 can be modulated by the AC signal generator 12.

【0016】40は光電変換素子8の出力を受ける信号
処理回路、50は光電変換素子7の出力を受ける信号処
理回路である。なお、両者は同一構成の回路であるた
め、以下では信号処理回路40について説明し、信号処
理回路50についての説明は省略する。
Reference numeral 40 denotes a signal processing circuit for receiving the output of the photoelectric conversion element 8, and reference numeral 50 denotes a signal processing circuit for receiving the output of the photoelectric conversion element 7. Since both are circuits having the same configuration, the signal processing circuit 40 will be described below, and the description of the signal processing circuit 50 will be omitted.

【0017】信号処理回路40において、41は光電変
換素子8の出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換
器である。42はローパスフィルタであり、電流電圧変
換器41の出力の高周波成分を平滑化する。43はアナ
ログ・デジタル変換器(以下A/D変換器という)でロ
ーパスフィルタ42の出力をデジタル変換する。44は
レベル検出回路であり、ディレイ回路67のパルス出力
でリセットされる間のA/D変換器43の出力の最大値
と最小値の平均値をデジタル値で出力する。
In the signal processing circuit 40, a current-voltage converter 41 converts the output current of the photoelectric conversion element 8 into a voltage signal. Reference numeral 42 denotes a low-pass filter, which smoothes a high-frequency component of the output of the current-voltage converter 41. Reference numeral 43 denotes an analog-to-digital converter (hereinafter, referred to as an A / D converter) for digitally converting the output of the low-pass filter 42. Reference numeral 44 denotes a level detection circuit which outputs an average value of the maximum value and the minimum value of the output of the A / D converter 43 as a digital value while being reset by the pulse output of the delay circuit 67.

【0018】45はラッチ回路であり、レベル検出回路
44の出力をアップダウンカウンタ66の桁上がりまた
は桁下がり信号によってラッチする。46はデジタル・
アナログ変換器(以下D/A変換器という)であり、ラ
ッチ回路45の出力の値をアナログ信号に変換する。4
7は差動増幅器で、電流電圧変換器41の信号からD/
A変換器46の出力を差し引いた電圧を出力する。
Reference numeral 45 denotes a latch circuit, which latches the output of the level detection circuit 44 in accordance with a carry signal or a carry signal of an up / down counter 66. 46 is digital
It is an analog converter (hereinafter, referred to as a D / A converter), and converts the output value of the latch circuit 45 into an analog signal. 4
Reference numeral 7 denotes a differential amplifier, which outputs D / D
A voltage obtained by subtracting the output of the A converter 46 is output.

【0019】61はコンパレータであり、差動増幅器4
7の出力値と所定の電圧との比較を行い、前者の値が大
きければHIGHレベル(以下Hレベルという)の、後
者の値が大きければLOWレベル(以下Lレベルとい
う)のデジタル信号を出力する。63は移動方向判別手
段で、コンパレータ61と62の出力のどちらのHレベ
ルが先に立ち上がるかという位相関係から反射手段5の
移動方向を判定する。
Reference numeral 61 denotes a comparator, which is a differential amplifier 4
7 is compared with a predetermined voltage. If the former value is larger, a digital signal of a HIGH level (hereinafter referred to as H level) is output, and if the latter value is larger, a digital signal of a LOW level (hereinafter referred to as L level) is output. . Reference numeral 63 denotes a moving direction discriminating means for judging the moving direction of the reflecting means 5 based on the phase relationship of which of the outputs of the comparators 61 and 62 rises first.

【0020】64はアップダウンカウンタで、コンパレ
ータ61の出力におけるLレベルからHレベルへの立ち
上がりの数を、移動方向判別手段63の出力によって加
算または減算する。65は掛算器でアップダウンカウン
タ64の出力にレーザ光源1の波長値を掛けて反射手段
5の移動量を出力する。
Numeral 64 denotes an up / down counter which adds or subtracts the number of rises from the L level to the H level in the output of the comparator 61 according to the output of the moving direction discriminating means 63. A multiplier 65 multiplies the output of the up / down counter 64 by the wavelength value of the laser light source 1 and outputs the amount of movement of the reflecting means 5.

【0021】66はアップダウンカウンタであり、その
動作はアップダウンカウンタ64と同じである。ただし
カウント値が所定の数に達するとラッチ回路45と55
およびディレイ回路67にパルス信号を出力し、自身
(アップダウンカウンタ66)のカウント値をリッセト
する。ディレイ回路67は、アップダウンカウンタ66
が所定の数に達したことを示す信号を発した後、一定の
遅れをもってレベル検出回路44にパルスを出力し、レ
ベル検出回路44をリッセトする。
Reference numeral 66 denotes an up / down counter, the operation of which is the same as that of the up / down counter 64. However, when the count value reaches a predetermined number, the latch circuits 45 and 55
And outputs a pulse signal to the delay circuit 67 to reset the count value of itself (the up / down counter 66). The delay circuit 67 includes an up / down counter 66
After a signal indicating that has reached a predetermined number is output, a pulse is output to the level detection circuit 44 with a certain delay, and the level detection circuit 44 is reset.

【0022】図2にレベル検出回路44の構成を示す。
同図において、101と103はバイナリコンパレー
タ、102と104はラッチ回路である。ラッチ回路1
02はディレイ回路67の出力パルスによって最小値に
リセットされる。バイナリコンパレータ101は、A/
D変換器43の出力とラッチ回路102の出力を大小比
較して前者が大きい場合にはラッチ回路102にラッチ
命令に相当するパルスを出力する。
FIG. 2 shows the configuration of the level detection circuit 44.
In the figure, 101 and 103 are binary comparators, and 102 and 104 are latch circuits. Latch circuit 1
02 is reset to the minimum value by the output pulse of the delay circuit 67. The binary comparator 101 has A /
The output of the D converter 43 and the output of the latch circuit 102 are compared in magnitude, and when the former is larger, a pulse corresponding to a latch instruction is output to the latch circuit 102.

【0023】ラッチ回路104はディレイ回路67の出
力パルスによって最大値にプリセットされる。バイナリ
コンパレータ103は、A/D変換器43の出力とラッ
チ回路104の出力を大小比較して前者が小さい場合に
はラッチ回路103にラッチ命令に相当するパルスを出
力する。
The latch circuit 104 is preset to a maximum value by the output pulse of the delay circuit 67. The binary comparator 103 compares the output of the A / D converter 43 with the output of the latch circuit 104 and outputs a pulse corresponding to a latch command to the latch circuit 103 when the former is smaller.

【0024】105は加算器であり、ラッチ回路102
および104の出力(いずれもパラレルのデジタル信
号)を加算する。加算値のうち、桁上がりのデジタル値
を最上位ビットとし、最下位ビットを除いた出力値を用
いることによってラッチ回路102および104の出力
の平均値を得る。この値をラッチ回路45で更にラッチ
する。
Reference numeral 105 denotes an adder, and the latch circuit 102
, And 104 (all of which are parallel digital signals). The average value of the outputs of the latch circuits 102 and 104 is obtained by using the digital value of the carry among the added values as the most significant bit and using the output value excluding the least significant bit. This value is further latched by the latch circuit 45.

【0025】このような構成における動作を次に説明す
る。レーザ光源1から出射された直線偏光のレーザ光は
ハーフミラー2で分割され、反射光は固定コーナーキュ
ーブ3によって折り返され、透過光は可動コーナーキュ
ーブによって折り返され、ハーフミラー2(図3ではビ
ームスプリッタ)上で合波される。ただし、透過光は1
/8波長板4を2回通過して円偏光となってハーフミラ
ー2に達する。
The operation in such a configuration will be described below. The linearly polarized laser light emitted from the laser light source 1 is split by the half mirror 2, the reflected light is turned back by the fixed corner cube 3, the transmitted light is turned back by the movable corner cube 3, and the half mirror 2 (the beam splitter in FIG. ). However, the transmitted light is 1
The light passes through the / 8 wavelength plate 4 twice, becomes circularly polarized light, and reaches the half mirror 2.

【0026】ハーフミラー2上で合波された光の一部は
更に偏光ビームスプリッタ6で直交する偏光成分に分割
され、それぞれの強度変化をフォトダイオード8で検出
する。ここで得られる両信号は交流成分と直流成分から
成るが、干渉縞の計数を行うためには直流成分を除去す
る必要がある。
A part of the light multiplexed on the half mirror 2 is further divided into orthogonal polarization components by a polarization beam splitter 6, and each intensity change is detected by a photodiode 8. Although both signals obtained here are composed of an AC component and a DC component, it is necessary to remove the DC component in order to count interference fringes.

【0027】信号処理回路40においては、光電変換素
子8で得られた信号を電流電圧変換器41で電気信号に
変換した後、ローパスフィルタ42で高周波成分を平滑
化しA/D変換器43でデジタル変換してから、レベル
検出回路44で反射手段5が一定の変位をする間の干渉
信号の最大値と最小値の平均値を求める。この値をラッ
チ回路45でラッチした後、D/A変換器46でアナロ
グ信号とし、差動増幅器47で、直流成分を含んだ電流
電圧変換器41の出力信号電圧からの差を得ることによ
り干渉信号を交流成分のみとする。
In the signal processing circuit 40, after the signal obtained by the photoelectric conversion element 8 is converted into an electric signal by the current-voltage converter 41, the high-frequency component is smoothed by the low-pass filter 42, and the digital signal is converted by the A / D converter 43. After the conversion, an average value of the maximum value and the minimum value of the interference signal is obtained by the level detection circuit 44 while the reflecting means 5 makes a constant displacement. After this value is latched by the latch circuit 45, it is converted into an analog signal by the D / A converter 46, and the differential amplifier 47 obtains the difference from the output signal voltage of the current-voltage converter 41 including the DC component, thereby obtaining interference. Let the signal be only the AC component.

【0028】信号処理回路50でも、光電変換素子7で
得られた信号に対して上記と同様の処理を行い交流成分
のみの干渉信号を得る。コンパレータ61および62は
差動増幅器47および57の出力値と所定の電圧との比
較を行いデジタル信号を出力する。両デジタル信号の位
相関係から移動方向判別手段63では、反射手段5の移
動方向を判定し、アップダウンカウンタ64でコンパレ
ータ61および62の出力を加算ないしは減算する。
The signal processing circuit 50 also performs the same processing as described above on the signal obtained by the photoelectric conversion element 7 to obtain an interference signal having only an AC component. Comparators 61 and 62 compare the output values of differential amplifiers 47 and 57 with a predetermined voltage and output digital signals. The moving direction determining means 63 determines the moving direction of the reflecting means 5 from the phase relationship between the two digital signals, and the up / down counter 64 adds or subtracts the outputs of the comparators 61 and 62.

【0029】最後に掛算器65でアップダウンカウンタ
64の出力にレーザ光源1の波長を掛けて反射手段5の
移動量を求める。なおレベル検出回路44および54の
データ更新は、アップダウンカウンタ66でカウント値
が所定の数に達した際に行う。更に初期状態において
は、レーザ光源1の波長を交流信号発生器12によって
変調させて干渉信号を発生させ、直流成分を測定し初期
値とする。
Finally, a multiplier 65 multiplies the output of the up / down counter 64 by the wavelength of the laser light source 1 to determine the amount of movement of the reflecting means 5. The data update of the level detection circuits 44 and 54 is performed when the count value of the up / down counter 66 reaches a predetermined number. Further, in the initial state, the wavelength of the laser light source 1 is modulated by the AC signal generator 12 to generate an interference signal, and the DC component is measured and set as an initial value.

【0030】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として好適な実施例を示したに過ぎない。し
たがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、
変形をなし得る。例えば、コーナーキューブはこれに限
るものではなく、レーザ光を反射する鏡であってもよ
く、これを総称してここでは反射手段と呼ぶ。また、ハ
ーフミラーとしてはビームスプリッタを用いてもよく、
本発明の特許請求の範囲におけるハーフミラーはビーム
スプリッタも包含するものである。またレベル検出回路
44,54はマイクロコンピュータを使用しても実現可
能である。
The foregoing description of the invention merely illustrates preferred embodiments for purposes of explanation and illustration. Accordingly, the present invention is subject to many modifications, without departing from its essence,
Can be deformed. For example, the corner cube is not limited to this, and may be a mirror that reflects a laser beam, which is collectively referred to as a reflection unit here. Also, a beam splitter may be used as the half mirror,
The half mirror in the claims of the present invention also includes a beam splitter. The level detection circuits 44 and 54 can also be realized by using a microcomputer.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。直流成分を含んだ干渉信号をローパ
スフィルタを通した後にデジタル化して最大最小の平均
値から直流成分を求めている。そのため、干渉信号の周
波数がデジタル化するA/D変換回路の応答より早い場
合にはローパスフィルタ通過後に干渉信号は一定の直流
になり、レベル検出回路ではこの直流値を最大、最小と
して再び同じ値である平均値を出力すればよい。また干
渉信号の周波数がローパスフィルタの帯域よりも低い場
合には、A/D変換回路でデジタル化した最大、最小値
から平均値として直流成分を得ることができる。これは
反射手段が長時間動かない場合でも、アナログ回路の保
持回路に比べて確実に直流成分を測定できるという効果
がある。また、A/D変換器の前にローパスフィルタを
設けているため、干渉信号にインパルス状のノイズが混
入していてもローパスフィルタで減衰されるため誤差に
なりにくい。更にまた直流成分の更新を、時間ではなく
アップダウンカウンタの出力によって行っているので、
反射手段の速度にかかわらず一定の変位をするたびにレ
ベルが変わり、なめらかな交流成分を得ることができる
(一定時間毎に更新をすると、反射手段が高速で移動し
た際、次の更新までに直流成分が大きく変化し、交流信
号に段差が生じてしまう)。更に本発明によれば、直流
成分検出のために光学系を付加する必要がなく、光学系
を簡単かつ小型にでき、更に信号のバランス調整も簡単
に行うことができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. An interference signal including a DC component is digitized after passing through a low-pass filter, and the DC component is obtained from the maximum and minimum average values. Therefore, if the frequency of the interference signal is faster than the response of the A / D conversion circuit for digitizing, the interference signal becomes a constant DC after passing through the low-pass filter. What is necessary is just to output an average value of. When the frequency of the interference signal is lower than the band of the low-pass filter, a DC component can be obtained as an average value from the maximum and minimum values digitized by the A / D conversion circuit. This has the effect that even if the reflection means does not move for a long time, the DC component can be measured more reliably than the analog circuit holding circuit. In addition, since the low-pass filter is provided before the A / D converter, even if impulse-like noise is mixed in the interference signal, the interference signal is attenuated by the low-pass filter, so that an error hardly occurs. Furthermore, since the update of the DC component is performed not by the time but by the output of the up / down counter,
Regardless of the speed of the reflection means, the level changes each time a constant displacement is made, and a smooth AC component can be obtained. (Updating every fixed time, when the reflection means moves at a high speed, the The DC component greatly changes, and a step occurs in the AC signal). Further, according to the present invention, it is not necessary to add an optical system for detecting a DC component, the optical system can be made simple and small, and the balance of signals can be easily adjusted.

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

【図1】本発明に係るレーザ測長器の一実施例を示す構
成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a laser length measuring device according to the present invention.

【図2】レベル検出回路の詳細を示す一実施例図FIG. 2 is a diagram showing an embodiment showing details of a level detection circuit;

【図3】従来の、マイケルソン干渉計を用いた干渉計の
一例を示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional interferometer using a Michelson interferometer.

【図4】図3の干渉計システムに使用する干渉縞計数回
路の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an interference fringe counting circuit used in the interferometer system of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 ハーフミラー 3 固定コーナーキューブ 4 1/8波長板 5 可動コーナーキューブ 6 偏光ビームスプリッタ 7,8 フォトダイオード 10 波長設定回路 11 スイッチ 12 交流信号発生器 40,50 信号処理回路 41,51 電流電圧変換器 42,52 ローパスフィルタ 43,53 アナログ・デジタル変換器 44,54 レベル検出器 45,55 ラッチ回路 46,56 デジタル・アナログ変換器 47,57 差動増幅器 61,62 コンパレータ 63 移動方向判別手段 64,66 アップダウンカウンタ 65 掛算器 67 ディレイ回路 101,103 バイナリコンパレータ 102,104 ラッチ回路 105 加算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Half mirror 3 Fixed corner cube 4 1/8 wavelength plate 5 Movable corner cube 6 Polarization beam splitter 7,8 Photodiode 10 Wavelength setting circuit 11 Switch 12 AC signal generator 40,50 Signal processing circuit 41,51 Current Voltage converters 42, 52 Low-pass filters 43, 53 Analog / digital converters 44, 54 Level detectors 45, 55 Latch circuits 46, 56 Digital / analog converters 47, 57 Differential amplifiers 61, 62 Comparator 63 Moving direction discriminating means 64, 66 Up / down counter 65 Multiplier 67 Delay circuit 101, 103 Binary comparator 102, 104 Latch circuit 105 Adder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光源と、このレーザ光源からの光を
分割すると共に再び合波するためのハーフミラーと、固
定配置され前記分割された一方の光を反射する一方の反
射手段と、移動可能に配置され前記分割された他方の光
を反射する他方の反射手段と、前記2つの反射手段によ
る光路差の変化に応じて輝度が変化し、互いに1/4周
期の位相差を持ち、前記移動可能な反射手段の移動方向
によって互いの位相の進み遅れ関係が反転する2つの干
渉信号を出力する干渉計と、 前記2つの干渉信号を検出する2組の光電変換素子と、 前記各光電変換素子で検出された干渉信号をローパスフ
ィルタを通して高周波成分を取り除き、アナログ・デジ
タル変換した後、一定数の干渉信号の周期間における最
大値と最小値の平均値を測定してデジタル・アナログ変
換し、このデジタル・アナログ変換された信号と前記各
光電変換素子で検出された干渉信号との差を演算するこ
とによって前記各光電変換素子で検出された干渉信号の
直流成分を除去する2組の信号処理回路と、 この2組の信号処理回路の各出力信号を所定の値と比較
してパルス信号に変換する2組のコンパレータと、 この2組のコンパレータが出力する両パルス信号の位相
関係から、前記移動可能な反射手段の移動方向を判別す
る演算手段と、 この演算手段によって得られた移動方向によって前記パ
ルス信号の数を加算ないしは減算するアップダウンカウ
ンタと、 このアップダウンカウンタの積算値に前記レーザ光の波
長値を掛けて前記移動可能な反射手段の移動量に変換す
る移動量演算手段を具備したことを特徴とするレーザ測
長器
1. A laser light source, a half mirror for splitting light from the laser light source and multiplexing the light again, one reflecting means which is fixedly arranged and reflects the one of the divided light, and is movable. And the other reflecting means for reflecting the other divided light, and the luminance are changed in accordance with a change in the optical path difference between the two reflecting means, and have a phase difference of 1/4 cycle from each other. An interferometer that outputs two interference signals in which the phase advance / delay relationship between the phases is inverted depending on a possible moving direction of the reflection unit; two sets of photoelectric conversion elements that detect the two interference signals; and each of the photoelectric conversion elements After removing the high-frequency component from the interference signal detected in step 1 through a low-pass filter and converting it from analog to digital, measure the average of the maximum and minimum values during the period of a fixed number of interference signals and measure the digital value. The DC component of the interference signal detected by each photoelectric conversion element is removed by calculating the difference between the analog-converted signal and the interference signal detected by each photoelectric conversion element. A set of signal processing circuits, two sets of comparators for comparing each output signal of the two sets of signal processing circuits with a predetermined value and converting the output signals into pulse signals, and a phase of both pulse signals output from the two sets of comparators Calculating means for determining the moving direction of the movable reflecting means from the relationship; an up / down counter for adding or subtracting the number of the pulse signals according to the moving direction obtained by the calculating means; and integration of the up / down counter A moving amount calculating means for multiplying the moving value by a wavelength value of the laser light to convert the value into a moving amount of the movable reflecting means. The length measuring device
【請求項2】前記移動可能な反射手段が測長範囲内で停
止している状態で、 前記レーザ光源の波長を変化させ各干渉信号強度を一定
の周期以上変化させるレーザ光源の駆動回路を具備した
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ測長器。
2. A laser light source driving circuit for changing a wavelength of the laser light source and changing each interference signal intensity over a predetermined period while the movable reflecting means is stopped within a length measurement range. The laser length measuring device according to claim 1, wherein:
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