(57)【要約】【課題】励振周波数が低い現行のヘッドを用いて、応答速度の速い出力信号を得る。【解決手段】差動トランスの励振周波数より高い周波数の高周波信号を発生する高周波発振器５０と、該高周波信号を分周して、差動トランスの駆動信号とするための分周器５２と、前記高周波信号の周波数を、駆動信号の周波数分だけ低めるためのマルチプライヤ６０又はデバイダと、該マルチプライヤ６０又はデバイダの出力を差動トランスの出力に加えるミキサ６６と、該ミキサ６０の出力から低周波成分をカットするハイパスフィルタ６８又はバンドパスフィルタと、該ハイパスフィルタ６８又はバンドパスフィルタの出力を前記高周波信号により同期検波するダブルバランスドミキサ７４を備える。【選択図】図４
2006010680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理装置であって、
差動トランスの励振周波数より高い周波数の高周波信号を発生する高周波発振器と、
該高周波信号を分周して、差動トランスの駆動信号とするための分周器と、
前記高周波振動の周波数を、駆動信号の周波数分だけ低めるための周波数低減手段と、
該周波数低減手段の出力を差動トランスの出力に加えるミキサと、
該ミキサの出力から低周波成分をカットするハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタと、
該ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力を前記高周波信号により同期検波する手段と、
を備えたことを特徴とする差動トランスの信号処理装置。
【請求項２】
前記周波数低減手段の出力の周波数成分を抽出して保持するための第１のＰＬＬ回路と、前記差動トランスと周波数低減手段の出力の位相を合わせるための第１の位相調整器とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項３】
前記ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力の周波数成分を抽出して保持するための第２のＰＬＬ回路と、前記ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力と高周波信号の位相を合わせるための第２の位相調整器とを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項４】
前記高周波発振器が、短形波を出力するようにされている請求項１に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項５】
前記高周波発振器が、正弦波を出力するようにされている請求項１に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項６】
前記周波数低減手段が、マルチプライヤ又はデバイダである請求項１に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項７】
前記同期検波する手段が、ダブルバランスドミキサである請求項１に記載の差動トランスの信号処理装置。
【請求項８】
励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理方法であって、
差動トランスの励振周波数より高い周波数の高周波信号を発生するステップと、
該高周波信号を分周して、差動トランスの駆動信号とするステップと、
前記高周波振動の周波数を、駆動信号の周波数分だけ低めるステップと、
該周波数分だけ低めた信号を差動トランスの出力に加えるステップと、
該加えられた信号から低周波成分をカットするステップと、
該低周波成分がカットされた信号を前記高周波信号により同期検波するステップと、
を含むことを特徴とする差動トランスの信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理装置及び信号処理方法に係る。特に、分解能１ｎｍクラスの高分解能の電気マイクロメータに用いるのに好適な、励振周波数が５ｋＨｚ程度の従来のヘッドを用いて、１０倍から１００倍（２００Ｈｚから２ｋＨｚ）の応答速度の測定信号を得ることが可能な、差動トランスの信号処理装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気マイクロメータは、特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、ヘッド２０を構成するスピンドル２２の変位が伝えられるコア２６と、該コア２６の機械的な中心位置（中立点と称する）に関して対称に設けられた、互いに直列接続されたセンサコイル２８、３０を含む差動トランスを用いて、コア２６の位置によるセンサコイル２８、３０のインピーダンスの変化を利用して、外部の発振器３２からセンサコイル２８、３０に電圧をかけたときに、各センサコイル２８、３０の両端に発生する、図２に示すような電圧Ｅ１、Ｅ２の差（Ｅ１−Ｅ２）のコア２６の位置による変化に基づいて、スピンドル２２の変位を検出していた。
【０００３】
具体的には、図３に示す如く、発振器３２で発生した、例えば周波数５ｋＨｚの正弦波状の駆動信号を、駆動アンプ３４を介してヘッド（カートリッジヘッド又はレバーヘッド）２０のセンサコイル２８、３０（図示省略）に印加し、前記センサコイル２８、３０の中立点から得られる出力信号をプリアンプ３６で増幅し、同期検波器３８により前記発振器３２駆動の励振信号との同期をとって半波又は全波整流し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０で５ｋＨｚ成分を除いた後、アナログ信号をメータで表示するか、あるいは、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２でデジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ４４によりデジタル処理してデジタルで表示していた。このマイクロプロセッサ４４の出力のデジタルデータ出力信号は、例えばパラレル−シリアル変換器、シフトレジスタ、ゲート、通信ドライバ等により必要な処理が行なわれる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４０５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら電気マイクロメータは、差動トランス（インダクタ）により構成されているため、抵抗器によりバランスを調整しようとしてもインダクタンス分及びキャパシタンス分に対するバランスをとることができず、従って基準位置における信号を正確にゼロに設定することができない。また、ヘッド２０の特性から励振周波数が高められず、例えば５ｋＨｚと低いため、回路後段での同期検波器３８における５ｋＨｚリップル成分が残留してしまう。従って、カットオフ周波数の低いＬＰＦ４０を同期検波器３８の後段に設ける必要があり、応答速度の低下を招いていた。例えば、普及品の０．１μｍ分解能で、約２０Ｈｚ（−３ｄＢ）になる。しかし、分解能が約１ｎｍ必要な高精度の電気マイクロメータでは、応答速度がもっと遅くなり、数百ミリ秒（数Ｈｚ）になってしまうという問題点を有していた。
【０００６】
一方、ヘッド自体の励振周波数を速めることも考えられるが、ヘッドに何か変更を加えるためには、ヘッドを新たに開発する必要が生じる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理装置であって、差動トランスの励振周波数より高い周波数の高周波信号を発生する高周波発振器と、該高周波信号を分周して、差動トランスの駆動信号とするための分周器と、前記高周波振動の周波数を、駆動信号の周波数分だけ低めるための周波数低減手段と、該周波数低減手段の出力を差動トランスの出力に加えるミキサと、該ミキサの出力から低周波成分をカットするハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタと、該ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力を前記高周波信号により同期検波する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、前記周波数低減手段の出力の周波数成分を抽出して保持するための第１のＰＬＬ回路と、前記差動トランスと周波数低減手段の出力の位相を合わせるための第１の位相調整器とを更に備えることにより、位相を確実に合わせることができるようにしたものである。
【００１０】
又、前記ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力の周波数成分を抽出して保持するための第２のＰＬＬ回路と、前記ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの出力と高周波信号の位相を合わせるための第２の位相調整器とを更に備えることにより、位相を確実に合わせることができるようにしたものである。
【００１１】
本発明は、又、励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理方法であって、差動トランスの励振周波数より高い周波数の高周波信号を発生するステップと、該高周波信号を分周して、差動トランスの駆動信号とするステップと、前記高周波振動の周波数を、駆動信号の周波数分だけ低めるステップと、該周波数分だけ低めた信号を差動トランスの出力に加えるステップと、該加えられた信号から低周波成分をカットするステップと、該低周波成分がカットされた信号を前記高周波信号により同期検波するステップとを含むことを特徴とする差動トランスの信号処理方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、励振周波数が低く設定された差動トランスから、応答速度の速い測定信号を得ることができる。従って、現行のヘッドをそのまま用いて、回路部により、応答速度を１０倍から１００倍に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、従来と同様の５ｋＨｚ仕様のカートリッジヘッド又はレバーヘッド（単にヘッドと称する）２０、駆動アンプ３４、プリアンプ３６、Ａ／Ｄ変換器４２及びマイクロプロセッサ４４を備えた電気マイクロメータにおいて、ヘッド２０の励振周波数（５ｋＨｚ）より、周波数が例えば５００倍から数千倍高い無線周波数（例えば ２．５６ＭＨｚ又は５．１２ＭＨｚ又は１０．２４ＭＨｚ）の矩形波状の高周波（搬送波）信号を発生する高周波（搬送波）発振器５０と、該高周波発振器５０出力の高周波信号を（例えば、１／５１２又は１／１０２４又は１／２０４８に）分周して、ヘッド２０の励振周波数５ｋＨｚとするための分周器５２と、該分周器５２出力の矩形波信号を正弦波信号に変換して従来と同様の駆動アンプ３４に入力する駆動信号とするための正弦波形変換器５４と、従来と同様のプリアンプ３６の出力から、励振周波数と同じ５ｋＨｚの成分を抽出して保持するためのフェイズロックトループ（ＰＬＬ）回路５６と、前記高周波発振器５０出力の高周波信号を励振周波数分だけ低めるための周波数低減手段であるマルチプライヤ（又はデバイダ）６０と、該マルチプライヤ６０出力から正確な２．５５５ＭＨｚ又は５．１１５ＭＨｚ又は１０．２３５ＭＨｚ信号を生成するための第１のＰＬＬ回路６２と、前記プリアンプ３６の出力と第１のＰＬＬ回路６２を経たマルチプライヤ６０の出力の位相を合わせるための第１の位相調整器６４と、前記プリアンプ３６の出力と該第１の位相調整器６４の出力を混合して変調するミキサ６６と、該ミキサ６６の出力（高周波信号が１０.２４ＭＨｚの場合１０．２３５ＭＨｚ±５ＫＨｚ）から周波数の低い方の成分（例えば１０．２３ＭＨｚ）をカットして、周波数の高い方の成分（例えば１０.２４ＭＨｚ）を通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６８と、該ＨＰＦ６８の出力の２．５６ＭＨｚ又は５．１２ＭＨｚ又は１０．２４ＭＨｚ成分を抽出して保持するための第２のＰＬＬ回路７０と、該第２のＰＬＬ回路７０の出力により高周波発振器５０出力の位相を調整するための第２の位相調整器７２と、前記ＨＰＦ６８の出力を該第２の位相調整器７２の出力で同期検波するダブルバランスドミキサ７４と、Ａ／Ｄ変換器４２の出側で、該ダブルバランスドミキサ７４の出力の低周波成分を通すための、従来より小さな、例えばデジタルのＬＰＦ７６とを備えたものである。
【００１５】
なお、デジタルＬＰＦ７６の代りに、Ａ／Ｄ変換器４２の前にアナログフィルタを備えても良い。
【００１６】
本実施形態における各部信号波形を図５に示す。
【００１７】
このようにして、従来と同様のヘッド２０の出力に高周波信号を載せることで、応答速度の高速化を図ることができる。
【００１８】
本実施形態においては、高周波発振器５０として矩形波を出力するものを用いているので、分周器５２により容易に分周できる。なお、高周波発振器５０の出力を分周する方法は、これに限定されず、高周波発振器を正弦波出力として、正弦波形変換器５４を省略することも可能である。
【００１９】
又、本実施形態においては、第１及び第２のＰＬＬ回路５６、７０及び、第１及び第２の位相調整器６４、７２を設けているもので、位相を確実に合わせることができる。なお仕様によっては、これらの一方あるいは両方を省略することもできる。
【００２０】
又、図６に示す第２実施形態の如く、第１実施形態のＰＬＬ回路５６を無くし、５ｋＨｚの信号を分周器５２から第１の位相調整器６４へ入力しても良い。
【００２１】
又、前記ハイパスフィルタ６８は、バンドパスフィルタに代えたり、止める周波数に合せたノッチフィルタやバンドパスフィルタと組合せても良い。中でも、急峻なノッチ特性を有するバンドパスフィルタであれば、Ｓ／Ｎ比を高めることができ、より好適である。
【００２２】
前記実施形態においては、本発明が電気マイクロメータに用いられていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他の電気マイクロ製品や、差動トランスを用いた一般の測定器にも同様に適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電気マイクロメータで用いられている差動トランスの原理を示す構成図
【図２】同じくセンサコイル出力の例を示す線図
【図３】従来の電気マイクロメータの信号処理装置の構成例を示すブロック図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図
【図５】第１実施形態の各部信号波形を示す線図
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００２４】
２０…ヘッド
３４…駆動アンプ
３６…プリアンプ
４２…Ａ／Ｄ変換器
４４…マイクロプロセッサ
５０…高周波発振器
５２…分周器
５４…正弦波形変換器
５６、６２、７０…ＰＬＬ回路
６０…マルチプライヤ（デバイダ）
６４、７２…位相調整器
６６…ミキサ
６８…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
７４…ダブルバランスドミキサ
７６…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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