(57)【要約】【課題】例えばレーザ光の干渉成分等の信号レベルの低下を確実に検出して、その誤認識を防ぐことのできる簡易な構成の信号検出回路を提供する。【解決手段】物理量の変化に応じて周波数が変化する信号を入力し、その周波数を分析して前記物理量を検出するものであって、互いに異なるヒステリシスレベルが設定された第１および第２のヒステリシスコンパレータと、これらの各ヒステリシスコンパレータの出力を比較して前記信号のレベル低下を判定する。例えば前記各コンパレータの出力を第１および第２のカウンタを用いてそれぞれ計数し、これらの計数値の比を予め設定した閾値と比較して信号レベルの低下を判定する。【選択図】図４
2006322932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量の変化に応じて周波数が変化する信号を入力し、その周波数を分析して前記物理量を検出する信号検出回路であって、
第１のヒステリシスレベルが設定されて前記信号を弁別して第１のパルス信号を生成する第１の比較器と、
上記第１のヒステリシスレベルとは異なる第２のヒステリシスレベルが設定されて前記信号を弁別して第２のパルス信号を生成する第２の比較器と、
上記第１および第２の比較器によりそれぞれ得られた第１および第２のパルス信号を比較して前記信号のレベル低下を判定する処理回路と
を具備したことを特徴とする信号検出回路。
【請求項２】
前記物理量の変化に応じて周波数が変化する信号は、レーザ干渉計の出力である請求項１に記載の信号検出回路。
【請求項３】
前記物理量の変化に応じて周波数が変化する信号は、計測対象物に向けて照射したレーザ光と、上記計測対象物にて反射した上記レーザ光とで生じた自己結合効果の干渉成分である請求項１に記載の信号検出回路。
【請求項４】
前記信号は、予め設定された通過帯域幅のバンドパスフィルタを介して前記第１および第２の比較器にそれぞれ与えられるものである請求項２または３に記載の信号検出回路。
【請求項５】
前記処理回路は、前記第１の比較器が出力する第１のパルス信号を計数する第１のカウンタと、前記第２の比較器が出力する第２のパルス信号を計数する第２のカウンタと、これらの第１および第２のカウンタによる計数値の比を求める演算器と、この演算器にて求められた計数値の比を閾値と比較する判定器とを備えたものである請求項１に記載の信号検出回路。
【請求項６】
前記第１のヒステリシスレベルは、前記信号が所定のレベル以上であることを判定する為の弁別閾値として設定されるものであって、
前記第２のヒステリシスレベルは、前記信号を計数する為の弁別閾値として設定されるものである請求項１に記載の信号検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザ光を用いた干渉計における信号検出に用いるに好適な、簡易な構成の信号検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ干渉計は、例えばレーザ光の干渉を利用して種々の物理量の計測を行うものであり、レーザ光の干渉成分を周波数解析することで上記物理量を求めるように構成される。例えば図１に示すように計測対象物に照射したレーザ光と、計測対象物にて反射したレーザ光（戻り光）との干渉成分から検出対象物までの距離情報を求めたり、或いは特に図示しないが波長の異なる２つのレーザ光を干渉させて、その干渉状況から計測対象物の物理的な状態を検出するように構成される。ちなみに上述した干渉成分の周波数解析は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることにより行い得る。
【０００３】
しかしＦＦＴ等の複雑な信号処理を用いると、そのシステムコストが高くなることが否めない。そこで上述した干渉成分を、例えばヒステリシスコンパレータやシュミットインバータ等の比較器を用いて弁別し、その弁別出力をカウンタを用いて計数することで、その周波数成分を検出することが行われている。この際、２つのヒステリシスコンパレータ（比較器）を並列に用い、信号周波数に応じて一方のヒステリシスコンパレータの閾値を変更しながら上記２つのヒステリシスコンパレータの出力を論理処理することで、前記信号に含まれる雑音成分（グリッジ）を除去することも提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００１−９４４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前述した干渉成分の周波数は、検出対象物までの距離Ｌ等の物理量によって大きく変化する。例えば距離Ｌが１０ｍｍのときにおける干渉成分の周波数が図２(ａ)に示すように１０ｋＨz程度である場合、上記距離Ｌが１ｍになると干渉成分の周波数は図２(ｂ)に示すように１ＭＨz程度となる。従ってこのような変化幅の広い干渉信号の周波数成分を検出する場合には、前述したヒステリシスコンパレータの動作帯域も十分に広いことが必要である。
【０００５】
また上述した干渉成分のレベルが低くなった場合、前述したヒステリシスコンパレータによりその干渉成分を確実に検出することができなくなる虞がある。ちなみにヒステリシスコンパレータにより干渉信号成分が断続的に検出されるような場合には、上記コンパレータの出力パルス信号を計数するカウンタの計数値が少なくなるので、その周波数成分を実際よりも低く誤検出してしまう可能性がある。更には上述した信号には、その帯域が広いが故に基本周波数成分以外に分周波（サブハーモニクス）が含まれることが多くあり、このような分周波を誤認識してしまう可能性もある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、干渉成分等の信号レベルの低下を確実に検出して、その誤認識を防ぐことのできる簡易な構成の信号検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するべく本発明に係る信号検出回路は、物理量の変化に応じて周波数が変化する信号を入力し、その周波数を分析して前記物理量を検出するものであって、
第１のヒステリシスレベルが設定されて、前記信号を弁別して第１のパルス信号を生成する第１の比較器（ヒステリシスコンパレータ）と、
前記第１のヒステリシスレベルとは異なる第２のヒステリシスレベルが設定されて、前記信号を弁別して第２のパルス信号を生成する第２の比較器と、
上記第１および第２の比較器によりそれぞれ得られた第１および第２のパルス信号を比較して前記信号のレベル低下を判定する処理回路と
を具備したことを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記物理量の変化に応じて周波数が変化する信号は、レーザ干渉計の出力、例えば計測対象物に向けて照射したレーザ光と、上記計測対象物にて反射した前記レーザ光との自己結合効果による干渉成分を示すものからなる。また好ましくは前記信号については、予め設定された通過帯域幅のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を介して前記第１および第２の比較器にそれぞれ与えることが望ましい。
【０００９】
また前記処理回路については、例えば前記第１の比較器が出力する第１のパルス信号を計数する第１のカウンタと、前記第２の比較器が出力する第２のパルス信号を計数する第２のカウンタと、これらの第１および第２のカウンタによる計数値の比を求める演算器と、この演算器にて求められた計数値の比を閾値と比較する判定器とを備えたものとして構成すれば良い。或いは第１および第２のパルス信号を論理処理し、その論理処理結果からパルス信号の、いわゆる歯抜け状態を検出するように構成しても良い。
【００１０】
また前記第１のヒステリシスレベルについては、例えば前記信号が所定のレベル以上であることを判定する為の弁別閾値として設定し、また前記第２のヒステリシスレベルについては、前記信号を計数する為の弁別閾値として設定するようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１１】
上述した構成の信号検出回路によれば、信号レベルの低下を、第１のヒステリシスレベル（弁別閾値）が設定された第１の比較器（ヒステリシスコンパレータ）の出力パルス信号と、第２のヒステリシスレベル（弁別閾値）が設定された第２の比較器（ヒステリシスコンパレータ）の出力パルス信号とを比較することにより簡易に検出することができるので、グリッチによる信号計数値の低下に起因する検出対象物の誤認識を確実に防ぐことが可能となる。
【００１２】
特に本発明においては、例えば予め設定した周期に亘って第１および第２のカウンタによりそれぞれ計数した前記各比較器（ヒステリシスコンパレータ）の出力パルスの計数値を比較・判定して、前記信号がその信号検出に不適当なレベルまで低下したと判定するので、その限界まで検出範囲を十分に広くすることができる。更には検出対象とする信号にその基本周波数成分以外の分周波（サブハーモニクス）が含まれているような場合であっても、前記信号がその信号検出に不適当なレベルまで低下したとして判定することができるので、その誤検出を未然に防ぐことができる。
【００１３】
しかも上述した第１および第２の比較器（ヒステリシスコンパレータ）を用い、例えばその出力パルスの第１および第２のカウンタによる計数値の比を判定するような簡単な回路構成で、その信号検出の信頼性を十分に高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る信号検出回路について、レーザ素子におけるレーザ光の自己結合効果により生じた干渉成分から、上記レーザ光が照射された計測対象物の状態を検出する計測システムに適用した場合を例に説明する。
この実施形態に係る信号検出回路は、レーザ素子１にて生じた干渉成分（レーザ光）を受光する受光器（ＰＤ）３からの出力（受光信号）を入力してその周波数成分を求めるものである。この信号検出回路は、例えば図４に示すように検出対象とする前記干渉レーザ光の周波数成分である、前述した１０ｋＨz程度から数１０ＭＨz程度の通過帯域特性を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０を介して前記受光信号を入力するように構成される。
【００１５】
特にこの信号検出回路は、互いに異なるヒステリシスレベルが設定された第１および第２のヒステリシスコンパレータ（比較器）１１,１２を並列に備えると共に、これらの各ヒステリシスコンパレータ１１,１２にて前記受光信号を弁別して生成された第１および第２のパルス信号を予め設定された周期に亘ってそれぞれ計数する第１および第２のカウンタ１３,１４を備える。ちなみに前記第１のヒステリシスコンパレータ１１に対する第１のヒステリシスレベルは、所定レベル以上の信号の有無を判定する為の弁別閾値［Ｔｈ１］として設定される。これに対して第２の第１のヒステリシスコンパレータ１２に対する第２のヒステリシスレベルは、上記弁別閾値［Ｔｈ１］よりもレベルが僅かに低く、前記信号の存在自体を確認する為の弁別閾値［Ｔｈ２（＜Ｔｈ１）］として設定される。また前記各カウンタ１３,１４によるパルス信号の計数周期は、例えば前述したレーザ光の波長変調周期に同期したものとして設定される。
【００１６】
そして常時は、前記第１のヒステリシスコンパレータ１１により弁別されて第１のカウンタ１３により計数されたパルス信号の計数値［Ｎ］が前記干渉成分の周波数（計測値）として出力部１５を介して出力される。また後述するように前記第１のヒステリシスコンパレータ１２により弁別されて第２のカウンタ１４により計数されたパルス信号の計数値［Ｍ］に比較して、前記第１のカウンタ１３により計数されたパルス信号の計数値［Ｎ］の比が、予め設定された比率［Ｐ］以上の場合には、例えば上記第２のカウンタ１４により計数されたパルス信号の計数値［Ｍ］が前記干渉成分の周波数（計測値）として出力部１５を介して出力される。そして前記第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］と前記第１のカウンタ１３による計数値［Ｎ］との比が前記比率［Ｐ］に満たない場合には、入力信号自体の信頼性が乏しい（信号レベルの低下に起因する誤認識の可能性が大である）として前記出力部１５からの計測値の出力が阻止され、干渉成分が存在する旨の情報だけが出力される。
【００１７】
具体的には前記第１および第２のカウンタ１３,１４により所定の周期毎に計数された前記パルス信号の計数値［Ｎ］,［Ｍ］は、その計数周期に同期して比率演算部１６に入力され、その比［Ｎ／Ｍ］が計算されている。判定部１７は、上記比率演算部１６にて求められた比［Ｎ／Ｍ］が［１］なるとき、つまり第１のカウンタ１３による計数値［Ｎ］と第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］とが等しいとき、入力信号（干渉成分）のレベルが十分に高く、前記第２のヒステリシスコンパレータ１２による入力信号の弁別が正常に行われていると判定している。そして前記第２のヒステリシスコンパレータ１２から出力される第２のパルス信号の前記第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］を前記干渉成分の周波数（計測値）として採用し、これを出力部１５を介して出力している。
【００１８】
また判定部１７は前記記比率演算部１６にて求められた比［Ｎ／Ｍ］が［１］に満たないとき、その比［Ｎ／Ｍ］が前述した比率［Ｐ］を上回るか否かを判定している。即ち、入力信号の信号レベル自体が低下し、また雑音の影響を受けて図５に示すように揺らぎを生じているような場合、その信号レベルが第１のヒステリシスコンパレータ１１に設定された第１のヒステリシスレベル［Ｔｈ１］付近で変動し、その出力パルス信号に途切れが生じることがある。するとこの出力パルス信号を計数する第１のカウンタ１３による計数値［Ｎ］は前記入力信号が本来有する周波数成分よりも少なくなる。
【００１９】
この点、第２のヒステリシスコンパレータ１２には、前述した第１のヒステリシスレベル［Ｔｈ１］よりも小さな第２のヒステリシスレベル［Ｔｈ２］が設定されているので、その出力パルス信号は第１のヒステリシスコンパレータ１１の出力パルス信号よりも前記入力信号に含まれる雑音成分（レベル揺らぎ）に起因する途切れの少ないものとなる。この結果、前記比率演算部１６にて求められる計数値の比［Ｎ／Ｍ］の値が減少する。
【００２０】
従って前述したように第１および第２のカウンタ１３,１４による各計数値［Ｎ］,［Ｍ］の比［Ｎ／Ｍ］を求め、この比［Ｎ／Ｍ］が予め設定した比率［Ｐ］を上回るか否かを判定すれば、仮に第１のカウンタ１３による計数値［Ｎ］が前記第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］よりも或る程度少ない場合であっても、つまり上記比［Ｎ／Ｍ］が予め設定した比率［Ｐ］を上回る場合には、計数値の信頼性は低いものの、その信号レベルや雑音（信号レベルの揺らぎ）の影響が小さいとして判定することができる。
【００２１】
また前記第１のカウンタ１３による計数値［Ｎ］が前記第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］よりも大きく低下している場合には、つまり前記比［Ｎ／Ｍ］が予め設定した比率［Ｐ］に満たない場合には、両カウンタ１３,１４による計数値の異なりが大きく前記第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］の信頼性が乏しいと判定することができる。そしてその原因が、例えば信号レベルの低下に起因していると判断することができる。
【００２２】
かくして上述した如く構成された信号検出回路によれば、互いに異なるヒステリシスレベルが設定された第１および第２のヒステリシスコンパレータ（比較器）１１,１２を用いて入力信号のレベルをそれぞれ弁別し、その出力パルス信号をそれぞれ計数する第１および第２のカウンタ１３,１４による計数値［Ｎ］,［Ｍ］の比［Ｎ／Ｍ］が予め設定した比率［Ｐ］を超えているか否かを判定するので、雑音による信号レベルの揺らぎによって第２のカウンタ１４による計数値［Ｍ］が小さくなった場合でも、これをその周波数成分が低くなったと誤検出することがなくなる。具体的にはレーザ干渉計に適用した場合、例えば遠距離位置にて計測されていた計測対象物２が次第に遠ざかりながら、急に近距離位置に存在するとして誤検出することがなくなる。また従来のように遠距離位置に計測対象物２が存在しているにも拘わらず、計測対象物２が存在しないとして誤検出する虞もなくなる。
【００２３】
特に計測対象物２が計測対象とする距離範囲のギリギリの遠方位置に存在し、計測対象物２によるレーザ反射光の信号レベルが低くなり、またこれに伴うレーザ干渉波の周波数が前述した帯域通過フィルタ１０の高域側遮断周波数の近傍に存在するような場合、前述した特許文献３に示されるような検出回路においては信号検出が困難となる。即ち、レーザ干渉波の周波数が広帯域であるが故に、基本周波数成分以外の分周波（サブハーモニクス）や雑音（信号レベルの揺らぎ）の周波数がレーザ干渉波の帯域と重なるので、その信号検出が困難となる。
【００２４】
この点、本発明に係る信号検出回路においては、前述したように異なるヒステリシスレベルにて弁別した信号のパルス数の比からその信号の有効性を判断するので、干渉波の帯域と重なった周波数の雑音等に起因する信号自体の信頼性低下の検出が可能であり、その計測信頼性を十分に高めることができる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前述した実施形態においては第１および第２のカウンタ１３,１４を用いてコンパレータ１１,１２からの出力パルス信号をそれぞれ計数したが、コンパレータ１１,１２の出力自体がデジタルなので、これをマイクロコンピュータ等に入力して前述した計数値の比［Ｎ／Ｍ］の演算や、所定の比率［Ｐ］と比較判定処理等を一括して実行することも可能である。また第１および第２のヒステリシスコンパレータ１１,１２からの出力パルス信号の排他的論理和を求める等、上記出力パルス信号の論理処理結果から、いわゆるパルス信号の歯抜けの状態を検出し、歯抜けの程度を判定することで信号レベルの低下を検出することも可能である。
【００２５】
更には第１および第２のヒステリシスコンパレータ１１,１２にそれぞれ設定するヒステリシスレベルや、第１および第２のカウンタ１３,１４による計数周期についても、検出対象とする信号の仕様に応じて定めれば良いものである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】レーザ干渉計の概略な構成を示す図。
【図２】物理量によって変化する干渉波の例を示す図。
【図３】干渉波周波数（検出距離）に対する信号のレベル変化の例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る信号検出回路の概略構成図。
【図５】図４に示す信号検出回路における入力信号と、第１および第２のヒステリシスコンパレータの出力パルス信号との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  レーザ素子（ＬＤ）
２  計測対象物
３  受光器（ＰＤ）
１０  帯域通過フィルタ
１１  第１のヒステリシスコンパレータ（比較器）
１２  第２のヒステリシスコンパレータ（比較器）
１３  第１のカウンタ
１４  第２のカウンタ
１５  出力部
１６  比率演算部
１７  判定部
【図１】
2006322932.tif 000003
【図２】
2006322932.tif 000004
【図３】
2006322932.tif 000005
【図４】
2006322932.tif 000006
【図５】
2006322932.tif 000007