(57)【特許請求の範囲】
【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において、
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変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００７】
ビームスプリッタ１１２は、測定対象物１０１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１１５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。
【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。
【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。
【００１１】
フリンジ検出回路１０５には、ＢＰＦ１０４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。
【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。
【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。
【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。
【００１６】
ここで、干渉光学系１１０に光変調器１１４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１０１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１１４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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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変位測定装置において、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。
【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た干渉信号を位相復調し、測定対象物の変位量を検出するにあたり、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とともに、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。
【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。
【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。
【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、ＢＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、ＢＰＦ５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。
【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１６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ＯＳＣ１０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。
【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。
【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。
【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。
【００３６】
これに対して干渉光学系１２に光変調器１６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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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ＰＬＬ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００４８】
干渉信号カウンタ６には、例えば、２ＭＨｚ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、６４ＭＨｚ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、６４ＭＨｚ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。
【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２３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２３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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、ＢＰＦ５によりフィルタリングされたＩＦ信号（以下、ＢＰＦ５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。
【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。
【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（LOAD）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。
【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００００００００）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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にあたり、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とともに、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ので、高い分解能で測定対象物の変位を検出することができ、しかも、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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図６】従来の変位測定装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
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
【図１】
0003937370.tif 000002
【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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