JPH02500218A - signal processing device - Google Patents
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 信号処理装置 技術分野 本発明は４３号処理装置に関する。本発明は、特に検出システムの複数の交流出 力から情報を抽出、する為に用いられる装置に関するも、これに限定するもので はない。[Detailed description of the invention] signal processing device Technical field The present invention relates to a No. 43 processing device. The present invention particularly relates to multiple alternating current outputs of a detection system. Regarding devices used to extract information from force, it is not limited to this. There isn't.
背景技術 レーザー干渉計システムにおいて、計測操作中の被検機が移動中に、レーザー光 線がなんらかの原因で途切れた場合、その干渉計の計数器に計数漏れが一回以上 生じるため、光線が回復してもそれ以後の読みが総て誤ったものとなると言う問 題がある。従って、このような干渉計に基本的に必要なことは、検出系から送ら れる信号強度の測定が効率的に連続して行なうことができることである。検出信 号は位相が互いに９０度異なる複数の交流信号の形式のこともある。Background technology In a laser interferometer system, the laser beam is emitted while the device under test is moving during measurement operations. If the line is interrupted for some reason, the interferometer's counter will miss counts more than once. The problem is that even if the light beam is restored, all subsequent readings will be incorrect. There is a problem. Therefore, the basic requirement for such an interferometer is to It is possible to efficiently and continuously measure the signal strength of the signal being transmitted. detection signal The signal may be in the form of multiple alternating current signals that differ in phase by 90 degrees from each other.
波形の最大値または平均値の測定も伴う、交流信号強度の測定をするための電気 回路で抵抗、ダイオード、コンデンサをいろいろ組み合わせて用いたものが幾つ か知られている。Electrical for measuring alternating signal strength, including measuring the maximum or average value of a waveform. How many different combinations of resistors, diodes, and capacitors are used in circuits? or known.
しかし、これらの回路は、回路の応答時間に応じた比較的遅い変化しか監視する ことができない。従って、これらの回路は、レーザー干渉計に必要とされる、信 号強度の効率的かつ連続的な監視を可能とするような高速監視動作には不適当で ある。このような既知の回路が更に不便なのは、監視中の信号周波数がゼロにま で落ちた場合、全く役に立たないことである。However, these circuits only monitor relatively slow changes depending on the circuit's response time. I can't. Therefore, these circuits provide the high reliability required for laser interferometers. unsuitable for high-speed monitoring operations that would allow efficient and continuous monitoring of signal strength. be. A further inconvenience of such known circuits is that the signal frequency being monitored does not reach zero. If you fall, it's completely useless.
レーザー干渉計に更にめられることは、干渉計の解像度を増すために、計数器に よって与えられる縞の計数値の間を補完できることである。A further consideration for laser interferometers is that in order to increase the resolution of the interferometer, a counter is used. Therefore, it is possible to interpolate between the given fringe count values.
、英国特許第２，０００，５８９ 、号により、目盛りと読み出しヘッドから成 るシステムから与えられる測定値を、アナログ・デジタル変換器を用いることに よって補間する方法が知られているが、これは読み出しヘッドにある光検出器で 生成された交流信号からデジタル信号を生々し、このデジタル信号をマイクロ・ プロセッサに渡して、測定値間の補完を行なうものである。このようなデジタル なマイクロ・プロセッサは、前記のアナログ・システムよりはるかに高速ではあ るが、縞の計数速度が毎秒数百刃に達することもあるレーザー干渉計に応用する には、まだ十分な速さではない。, British Patent No. 2,000,589, consisting of a scale and a read-out head. By using an analog-to-digital converter to convert the measured values provided by the system Therefore, a method of interpolation is known, but this method uses a photodetector in the read head. A digital signal is generated from the generated AC signal, and this digital signal is It is passed to a processor to perform interpolation between measured values. digital like this microprocessors are much faster than the analog systems described above. However, it is applied to laser interferometers where the fringe counting speed can reach several hundred blades per second. It's still not fast enough.
発明の開示 特許請求の範囲の任意の一つ以上の項において限定される本発明において、ある 一形態では、検出系の交流出力の強度を比較的高速で監視することが可能となり 、他の形態では、そのような出力信号の高速補間も可能となる。Disclosure of invention In the invention limited in any one or more terms of the claims, In one form, it is possible to monitor the strength of the AC output of the detection system at relatively high speed. , other configurations also allow fast interpolation of such output signals.
本明細書を通して用いられる「比較的高速」という用語は、効率的な連続処理を 与えるような毎秒数百ガロの読み取り処理能力を意味するものとする。As used throughout this specification, the term "relatively fast" refers to efficient continuous processing. This means a read throughput of hundreds of gallons per second.
他の形態では、特許請求の範囲の任意の一つ以上の項において限定される本発明 により、信号強度の変化を高速測定すると同時に、レーザー干渉計の検出系に結 合された計数器から得られる縞の計数値を高速補間する手段が与えられる。この 手段によれば、レーザー光線が途切れたこと、及びそれにより以降の読みが全て 誤りであることが分かるだけでなく、レーザー光線が途切れたときの読みがどれ であったかを正確に知ることができる。In other forms, the invention may be limited in any one or more of the claims. This enables high-speed measurement of changes in signal strength and at the same time connects the signal to the detection system of the laser interferometer. A means is provided for fast interpolation of the fringe counts obtained from the combined counters. this According to the means, the laser beam was interrupted and that all subsequent readings were Not only will you know it's wrong, but you'll also know what the reading is when the laser beam is cut off. You can know exactly what it was.
しかしながら本発明は、計測される変数の変化に応じた電気信号を生ずる種々の 検出系に対して利用することが可能であり、上記のようなレーザー干渉計に限定 されない。例えば、本発明は他の光学的または磁気的な計測システムに利用する ことができる。However, the present invention utilizes various It can be used for detection systems, and is limited to laser interferometers such as those mentioned above. Not done. For example, the invention may be used in other optical or magnetic measurement systems. be able to.
本発明は、検出信号から抽出される情報の形式（例えば、補間または信号強度の 監視）にも限定されることはなく、また、例えば、検出器出力の性質に応じて、 その信号のいくつかの異なフた変数を測定する手段を与えることもできる。The present invention addresses the form of information extracted from the detected signal (e.g., interpolation or monitoring) and depending on the nature of the detector output, e.g. Means may also be provided to measure several different variables of the signal.
図面の簡単な説明 第１図は本発明の信号処理装置の主たる構成部分を示すブロック線図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a block diagram showing the main components of the signal processing device of the present invention.
第２図は変換器に対する入出力図である。FIG. 2 is an input/output diagram for the converter.
第３図は第１図に示した信号処理装置の更に詳細なブロック線図であり、特にレ ーザー干渉計の実施例に用いられる追加部分を幾つか含んでいる図である。FIG. 3 is a more detailed block diagram of the signal processing device shown in FIG. FIG. 4 includes some additional parts used in the embodiment of the laser interferometer.
発明を実施するための最良の形態 添付図面をルックアップしながら、本発明の実施例を幾つか更に詳しく説明する 。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Some embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. .
第１図および第２図に例示した発明をレーザー干渉計の要件に照らし合わせて説 明するに当たり、最も広い形態の本発明は、処理される信号の源またはそれから 得られる情報について制限されないと理解することができる。The invention illustrated in Figures 1 and 2 will be explained in light of the requirements of a laser interferometer. In clarification, the invention in its broadest form relates to It can be understood that there are no restrictions on the information that can be obtained.
第１図に、３個のフォト・ダイオード検出器Ａ、 ＢおよびＣを示す、これらは 、構造的詳細は詳しく記載されていないが既知の形式のレーザー干渉計に用いら れる検出系の一部を成すものである。Figure 1 shows three photodiode detectors A, B and C, which are , used in known types of laser interferometers, although structural details are not detailed. It forms part of the detection system.
その３個の検出器は、周知のように、照射される光線の干渉縞から位相が互いに ９０度累々る交流電圧信号を生成する。しかし、これらの交流信号は直流成分を 含んでおり、それ自体は周知の減算器ＳｌおよびＳ２によって、その直流成分は 除去され、直流成分を含まない振幅Ａの交流電圧信号が９０度の位相差を成して ２個（ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号と言う）生成される。この２個の交流信号は それぞれＡ ｓｉｎθ、 Ａ ｃｏｓθの形である。ここでＡは信号の振幅であ り、光線強度の尺度である。As is well known, the phases of the three detectors differ from each other based on the interference fringes of the irradiated light beams. Generates a 90 degree alternating current voltage signal. However, these AC signals have DC components. By means of subtractors Sl and S2, which are themselves well known, the DC component is The AC voltage signal with amplitude A that does not contain a DC component has a phase difference of 90 degrees. Two signals (referred to as a sine signal and a cosine signal) are generated. These two AC signals are They are in the form of A sin θ and A cos θ, respectively. where A is the signal amplitude is a measure of light intensity.
必要な高速動作を得るため、本発明は２個のアナログ・デジタル瞬間変換器ＡＤ ＩおよびＡＣ３を具備し、それらはｓｉｎ電圧信号およびｃｏｓ電圧信号を各々 受信しデジタル形式に変換し、入力信号電圧の瞬時値を表わす２進数を生成する 。To obtain the necessary high speed operation, the present invention uses two analog-to-digital instantaneous converters AD. I and AC3, which have a sine voltage signal and a cos voltage signal, respectively. Receives and converts to digital format to generate a binary number representing the instantaneous value of the input signal voltage. .
変換器の出力値の範囲は使用する変換器の解像度に依存するため、７ビツト変換 を用いている現在の実施例においては、変換出力値は０から１２７の範囲の整数 である。第２図から分かるように、変換器への入力が一■ボルトの時に、その出 力が０となり、入力＋Ｖボルトに対し出力が１２７となるように調整しである。Since the range of output values of the converter depends on the resolution of the converter used, 7-bit conversion is required. In the current implementation using It is. As can be seen from Figure 2, when the input to the converter is 1 volt, the output Adjust so that the force is 0 and the output is 127 for input +V volts.
従って、本実流側においては、２個の変換器の出力は、ｘ、ｙと表わすと、次の 形になる。Therefore, on the actual flow side, the outputs of the two converters are expressed as x and y as follows: It takes shape.
Ｘ＝ｋＣＯ５ｅ＋６３．５ ｙ＝ｋｓｉｎθ＋６３．５ ここで、ｋはある瞬間の入力波形の振幅をビットで表わす新しい定数であり、６ ３．５は変換によって導入される中間目盛りのオフセット値である。X=kCO5e+63.5 y=ksinθ+63.5 Here, k is a new constant that represents the amplitude of the input waveform at a certain moment in bits, and 6 3.5 is the offset value of the intermediate scale introduced by the conversion.
前記の形式を配列しなおして ｋ ＣＯＳθ＝ ｘ −６３，５−−・＝ １ｋ ｓｉｎθ＝ ｙ−６３，５− ・−−−−−−２とすれば、θまたはｋの値は変換器の出力であるＸおよびｙの 値から決定することができ、ｋは光線の強度の尺度を与え、θは検出器からの両 信号の位相角である。Rearranging the above format k COSθ= x -63,5--・= 1k sinθ= y-63,5- -------2, the value of θ or k is the output of the converter, X and y. k can be determined from the value, where k gives a measure of the intensity of the ray and θ is the phase angle of the signal.
本発明を用いて解決できる課題の一つは、干渉計の検出器が受信した干渉信号を 高速で監視することである。One of the problems that can be solved using the present invention is that the interference signal received by the detector of the interferometer is It is to monitor at high speed.
上述の説明のように、レーザー干渉計において必要なことは、計、測動作中にレ ーザー光線が何らかの物体によりその経路が妨害された場合、警告信号を発生し 、それにより不正確となった計測値を破棄し、再度取り直すことができることで ある。また小信号強度や過大信号強度に対する警告も、問題が発生し得ることを 示しオペレータにとって便利である。検出器の信号強度を監視することも有用で ある。例えばレーザー干渉計の設置などにおいて、計測前に予め干渉計が据え付 けられている時にレーザーの正しい配置を検出系の側で最大信号強度を検圧する ことによって指示する場合である。As explained above, a laser interferometer requires a laser interferometer during measurement and measurement operations. If the path of the laser beam is obstructed by some object, it will generate a warning signal. This allows you to discard inaccurate measurements and take them again. be. Warnings for small signal strength and excessive signal strength also alert you to potential problems. It is convenient for the operator. It may also be helpful to monitor the detector signal strength. be. For example, when installing a laser interferometer, the interferometer is installed in advance before measurement. Check the maximum signal strength on the detection system side to determine the correct positioning of the laser when This is a case where instructions are given by
しかし、先に述べた信号強度計測用の従来の回路は高速に監視するには速さが不 十分であり、レーザー光線の中断期間が非常に短い場合、例えば動作中のある機 械から来たチップがレーザー光線を横切った時に起きるような場合には、その中 断を検出することが不可能である。However, the conventional circuit for measuring signal strength mentioned above is not fast enough for high-speed monitoring. If sufficient and the interruption period of the laser beam is very short, e.g. In some cases, such as occurs when a chip from a machine crosses a laser beam, It is impossible to detect the disconnection.
また、干渉計において用いられるレーザーが単一周波数の光線を出力する場合、 従来の方法では、干渉計の部品が据置で不変なときには信号強度における変化を 測定することが不可能である。それは、その時、その単一周波数はゼロとなり、 各検出器が一定ではあるが必ずしも等しくはない電圧を出力するからである。Also, if the laser used in the interferometer outputs a beam of single frequency, Traditional methods account for changes in signal strength when the interferometer components are stationary and unchanging. impossible to measure. That is, then that single frequency becomes zero, This is because each detector outputs a voltage that is constant but not necessarily equal.
しかしながら、各検出器は、建設的干渉によるレベルと相殺的干渉によるレベル を含む結合光線の一部を受け取るので、検出計の出力間には、なおかっ、一定の 位相差がある。However, each detector has a level due to constructive interference and a level due to destructive interference. Since it receives a portion of the combined beam containing There is a phase difference.
本発明はこの事実を利用して、次の式を用いてｋの値を予めプログラムしたＥＦ ＲＯＭによるルックアップテーブルＬＯＴを具備している。The present invention utilizes this fact to create an EF with a preprogrammed value of k using the following formula. It is equipped with a look-up table LOT based on ROM.
ｋ＝（ｙ−６３，５）２＋（Ｘ−６３，５）２−・−・・−３これは次の単純な 等式から生成される。k=(y-63,5)2+(X-63,5)2-・-・・-3 This is the following simple Generated from Eq.
５ｉｎ２θ＋ ｃｏｓ’θ＝１ ・・・・・・・・・４よって ｋ ２ｓｉｎ２ θ＋ｋ ’ｃｏｓ２ θ＝ ｋ ２−・・・−・−５これによ り、用いられる特定の変換器に対し、値ｋが前記方程゛式１および２よりｋ ｓ ｉｎθおよびｋ ｃｏｓθを置換することによフて決定される。5in2θ+cos’θ=1 ・・・・・・・・・4 Therefore k sin2 θ+k cos2 θ= k 2−・・・−・−5 From this Then, for the particular transducer used, the value k is given by the above equations (1 and 2) It is determined by substituting inθ and k cosθ.
上述したルックアップテーブルは、予め計算されたデータの配列からなり、Ｘお よびｙの値に各々対応した行および列を有する２次元の表として表わすことがで き、Ｘおよびｙの値の任意の組合せに対するｋの値が、Ｘおよびｙに対応する各 々の行および列の交点にある区画に示されている。このテーブルの出力は、その テーブルの各区画に予めプログラムされている情報である。The lookup table described above consists of an array of pre-calculated data, can be represented as a two-dimensional table with rows and columns corresponding to the values of and the value of k for any combination of values of X and y is are shown in the compartments at the intersections of each row and column. The output of this table is that This information is preprogrammed into each section of the table.
２個の変換器ＡＤＩおよびＡＣ３のＸおよびｙ出力はルックアップテーブルのア ドレス線に渡され、このテーブルからｋの値が十分速い速度で読み出されるので 、信号強度を効率的且つ連続的に監視することが可能となる。このルックアップ テーブルは８ビツト出力を発生する標準的なメモリから成り、この出力はマイク ロ・プロセッサＭＰに送られる。マイクロ・プロセッサＭＰはルックアップテー ブルの出力から必要な形式の情報を生成するようにプログラムされている。The X and y outputs of the two converters ADI and AC3 are Since the value of k is read from this table at a sufficiently fast speed, , it becomes possible to efficiently and continuously monitor signal strength. this lookup The table consists of a standard memory that produces an 8-bit output, which is output to the microphone. (b) sent to processor MP. The microprocessor MP is a lookup table. is programmed to generate information in the required format from the output of the bull.
８ビツトの全部を信号強度でコード化する必要はなく、信号強度が小さい、大き い、または全て欠落している等のような不正状態をフラグで示すために、いくつ かのビットをプログラムすることができる。このようなフラグは、ルックアップ テーブルの位置がプログラムされる時に８ビツトの情報コードにある情報に含ま れ、その位置のｋの値に応じて設定される。例えば、信号強度がゼロに落ちたな らば、ｋ、ｓｉｎθおよびｋ ｃｏｓθともにゼロとなるため、Ｘおよびｙとも に６３．５となる。従って、ルックアップテーブルのこれに当てはまる区画をプ ログラムするときに、５個のビットでゼロの信号強度を示し、小信号ビットと信 号欠落ビットを、１でもゼロでも、不正状態を示すように選択してコード化し、 大信号ビットを正常状態を示すように反対にコード化するようにする。It is not necessary to encode all 8 bits by signal strength; to flag incorrect conditions such as missing or missing altogether. bits can be programmed. Flags like this lookup Included in the information in the 8-bit information code when the table position is programmed. and is set according to the value of k at that position. For example, the signal strength has dropped to zero. If, k, sin θ and k cos θ are all zero, so both X and y are It becomes 63.5. Therefore, you can plot this section of the lookup table. When programming, 5 bits indicate zero signal strength, small signal bits and select and encode the missing bit, whether it is 1 or zero, to indicate an invalid state; The large signal bits are reverse coded to indicate normal conditions.
このようにすることによって、連続的に電子的に監視されたルックアップテーブ ルの出力として電気信号が得られ、例えマイクロ・プロセッサがテーブルの出力 を読む以外には何もしないとしてもマイクロ・プロセッサ単独で検出するより遥 かに短い期間の瞬間的な信号の不正を検出することができる。In this way, a continuously electronically monitored look-up table An electrical signal is obtained as the output of the table, even if the microprocessor is the output of the table. Even if it does nothing more than read the It is possible to detect momentary signal irregularities of very short duration.
この実施例を第３図をルックアップして説明する。This embodiment will be explained by looking up FIG.
弐３より、２つの信号ｋ ｓｉｎθおよびｋ ｃｏｓθにおいて、ｋの値はθの 値の変化に関わりなく決定することができることが分かる。従って、干渉計が不 変でθの値が一定の場合でも、即ち二つの信号の周波数がゼロに落ちた場合も、 ｋの値の変化を測定することが可能である。From 2.3, in the two signals k sin θ and k cos θ, the value of k is It can be seen that the determination can be made regardless of changes in value. Therefore, the interferometer is Even when the value of θ is constant, that is, when the frequencies of the two signals drop to zero, It is possible to measure changes in the value of k.
干渉計の場合、フォト・ダイオード検出器から得られるθの値は干渉計によって 測定される変数の尺度、即ち機構に含まれる運動中の要素によフて移動した距離 である。In the case of an interferometer, the value of θ obtained from the photodiode detector is determined by the interferometer. The measure of the variable being measured, i.e. the distance traveled by the moving element in the mechanism. It is.
距離の測定を行なう場合、検出器の出力の完全な一周期、即ちθの０度から３６ ０度までの変化は通常、その機構の運動中の要素が干渉計に用いられた光の半波 長分だけ移動したことを表わす。これは前提として、干渉計のレーザーから出る レーザー光線は、その機構の運動要素までの距離の２倍、つまり行きと帰りの距 離だけ進み、これによって光路長の変化がその機構要素の２倍となるものとして いる。更に正確に、例えば、ナノメータ単位の運動に至るまで、測定するために は、θ＝０°とθ＝３６０°の間のθの値を補間する必要がある。これは、マイ クロ・プロセッサのような、ある形式の計算手段によって計算することにより行 なうことが可能、である。When measuring distance, one complete period of the detector output, i.e. from 0 degrees to 36 A change to 0 degrees usually means that the moving element of the mechanism is half a wave of the light used in the interferometer. Indicates that the object has moved by a long distance. This is based on the assumption that the laser emitted from the interferometer's laser The laser beam travels twice the distance to the moving element of the mechanism, i.e. Assume that the optical path length changes by twice that of the mechanical element. There is. To measure motion even more precisely, down to the nanometer level, for example. needs to interpolate the value of θ between θ=0° and θ=360°. This is my by calculating it with some form of computational means, such as a computer processor. It is possible to become.
しかし、本発明においては、ＥＦＲＯＭのルックアップテーブルを用いて、２個 の変換器の出力から以下のようにθを評価することを提案する。However, in the present invention, two We propose to evaluate θ from the output of the converter as follows.
であるから、式１および式２より、ｋ ｃｏｓθおよびｋｓｉｎθを置換するこ とにより、次式を得る。Therefore, from equations 1 and 2, replacing k cos θ and k sin θ The following equation is obtained.
この式より、θの値はｋの値とは独立して決定することかでき、従って信号強度 が変化する条件の下であっても補間角度θを正しく評価することが可能であるこ とが分かる。From this equation, the value of θ can be determined independently of the value of k, and therefore the signal strength It is possible to correctly evaluate the interpolation angle θ even under conditions where I understand.
θの値を前もってルックアップテーブルにプログラムしておき、変換器のｘ、ｙ 出力を用いてそのルックアップテーブルの行および列のアドレスを指定すること により、対応するθの値をそのテーブルから高速で読み出し、機構の部分が移動 した距離を必要に応じて補間することができる。この方法には、マイクロ・プロ セッサよりはるかに高速で動作するという利点があり、従って、この装置は例え ば高速・超高解像度サーボ・ループ位置制御システムにおいて動作することが可 能である。The value of θ is preprogrammed into a lookup table and the x, y value of the transducer is Use the output to specify row and column addresses for that lookup table The corresponding θ value is read out from the table at high speed, and the mechanism moves. The calculated distances can be interpolated as needed. This method involves The device has the advantage of operating much faster than the can operate in high-speed, ultra-high resolution servo loop position control systems. It is Noh.
利用可能なルックアップテーブルの出力は現在８ビツトなので、機構要素が１７ ２５６の単位だけ移動する毎に、θの０度から３６０度にわたる値の範囲を補間 することができるが、但し、光路長の変化が機構要素の運動の２倍であるため、 機構要素の実際の運動はレーザー光線から出る光の波長の１１５１２の単位まで 補間することが可能である。実際には、これにより１．２４ナノメータまで補間 することができる。The available lookup table output is currently 8 bits, so there are 17 mechanical elements. Interpolate the range of values of θ from 0 degrees to 360 degrees every time you move by 256 units. However, since the change in optical path length is twice the movement of the mechanical elements, The actual movement of the mechanical elements is up to 11512 units of the wavelength of the light emitted by the laser beam. It is possible to interpolate. In practice, this interpolates down to 1.24 nanometers. can do.
ルックアップテーブルは補間の為のものであるから、信号強度を監視するために は、変換器の解像度とルックアップテーブルの大きさは、明らかに、同じである 必要はない。変換器の解像度とルックアップテーブルの大きさをどの程度にする かは、必要な情報量に依存する。Lookup table is for interpolation, so to monitor signal strength The converter resolution and lookup table size are obviously the same There's no need. What should be the resolution of the converter and the size of the lookup table? It depends on the amount of information required.
減算器５１およびＳ２の信号を自動的に利得制御を行なう光線強度を監視する実 施例を組み合わせることにより、本発明の装置が情報を与える速度を有効に利用 してその信号レベルを適当に加減することができる。An implementation for monitoring the light intensity that automatically performs gain control on the signals of the subtracter 51 and S2. By combining the embodiments, the speed at which the device of the present invention provides information can be effectively utilized. The signal level can be adjusted appropriately.
第３図はより詳細に示した本発明の実施例を示す。FIG. 3 shows an embodiment of the invention shown in more detail.
本実施例の部分で第１図に示した部分と同じものには同一のルックアップ番号を 付しである。The same lookup numbers are assigned to the parts of this example that are the same as those shown in Figure 1. It is attached.
検出器Ａ、Ｂ、およびＣはフォト・ダイオードの検出器であり、検出系に入射す る干渉しながら結合した光線の別々に偏向した部分を受け取るように配列されて いる。この配列は出願中の英国特許出願第８７１８８０３号に開示されている。Detectors A, B, and C are photodiode detectors and are arranged to receive separately polarized portions of the combined rays while interfering with each other. There is. This arrangement is disclosed in co-pending British Patent Application No. 8718803.
この配列においては、各検出器Ａ、Ｂ、およびＣは、その直前にある偏向板を通 過した光だけが当てられ、それらの光の偏向状態は、各々が互いにＯｏ。In this arrangement, each detector A, B, and C passes through a deflection plate immediately in front of it. The polarization state of each light is Oo from each other.
４５°、９０°の角度を成している。このようにして検出器Ａ、Ｂ、およびＣに よって生成された信号は、位相差が９０°の正弦波で以下の特性を持つ。They form an angle of 45° and 90°. In this way detectors A, B, and C Therefore, the generated signal is a sine wave with a phase difference of 90° and has the following characteristics.
ｋ ｓｉｎ （θ＋０°）十直流オフセットｋ ｓｉｎ （θ＋９０°）十直流 オフセットｋ ｓｉｎ （θ＋ １８０′″）十直流オフセット但し、ｋは定数 。k sin (θ+0°) 10 DC offset k sin (θ+90°) 10 DC Offset k sin (θ+180′″) 10 DC offset, where k is a constant .
これらの３つの信号から、減算器Ｓ１およびＳ２は、正弦波信号Ａ Ｓｉｎθお よび余弦波信号Ｂ Ｃｏｓθを生成し、変換器ＡＤＩおよびＡＣ３への入力とす る。From these three signals, subtracters S1 and S2 derive sinusoidal signals A Sinθ and and cosine wave signal B Cosθ, and input them to converters ADI and AC3. Ru.
第３図より、２個の変換器の出力が２個のルックアップテーブルＬＩＪＴＩおよ びＬＵＴ２へ送られることが分かる。２個のルックアップテーブルの８ビツト出 力は２個のバス・インターフェースＢ１およびＢ２を経由してマイクロ・プロセ ッサＭＰの入力に送られる。テーブルＬＵＴＩは二つの部分からなる複合体で、 その一つ、Ｐｌには検出器Ａ、Ｂ、およびＣの交流信号強度の値が入っており、 もう一方のＰｌには検出器ＡおよびＣの直流レベルの値が入っている。テーブル ＬｔｌＴ１の出力は、上記の値の何れかを与えるため、後述のように切り替えら れる。From Figure 3, the outputs of the two converters are stored in the two lookup tables LIJTI and It can be seen that the data is sent to LUT2. 8-bit output of two lookup tables The power is connected to the microprocessor via two bus interfaces B1 and B2. is sent to the input of the processor MP. Table LUTI is a complex consisting of two parts, One of them, Pl, contains the values of the AC signal intensities of detectors A, B, and C. The other Pl contains the DC level values of detectors A and C. table The output of LtlT1 can be switched as described below to give either of the above values. It will be done.
バス・インターフェースが果たす機能は、ルックアップテーブルの瞬間的な読み 出し結果を同時にラッチし、マイクロ・プロセッサにより順番にアドレス指定さ れた場合、信号強度の値および補間した距離の読みを同一の瞬間に対してタイミ ングを合わせて与えるようにすることである。デジタル化された正弦波および余 弦波の信号によって同様にアドレス指定される２個のルックアップテーブルをこ のように組み合わせて使用するにより、補間角度θと信号強度を同時に評価する ことが可能となる。それのみならず更に、こねによって、干渉針のオペレータは 、レーサー光線が途切れた場合いつでも、ある期間の読みが誤りであることを知 ることができるだけでなく、最後の正しい読みがどれであるかも知ることができ る。このため、オペレータは、マイクロ・プロセッサから信号中断の警告を受け た後に、それ以前の読み取り操作を全て縁り返す必要は無くなるのである。The function of the bus interface is to read the lookup table instantaneously. output results are latched simultaneously and addressed sequentially by the microprocessor. time the signal strength values and interpolated distance readings to the same instant. The aim is to give the same amount of time as possible. Digitized sine wave and residual This creates two lookup tables that are similarly addressed by the sinusoidal signal. Evaluate interpolation angle θ and signal strength simultaneously by using in combination as in becomes possible. Not only that, but also, by kneading, the operator of the interference needle , whenever the racer beam breaks, we know that the reading for a period is incorrect. Not only can you know which is the last correct reading. Ru. Therefore, the operator receives a signal interruption warning from the microprocessor. After that, there is no need to repeat all previous read operations.
第３図には、先に述べた信号強度のルックアップテーブルの出力ビットの一つを 電気的に監視することも、示しである。このビットは信号の欠落をフラグ表示す るようにプログラムされている。一時的に信号の欠落が発生した場合、１個のパ ルスが信号線Ｌ１に発生され、フリップ・フロップＦにトリガがかかり、フリッ プ・フロップＩよ信号に一時的欠落が起こったことを示すべく状態が変わる。フ リップ・フロップＦの出力は、マイクロ・プロセッサによフてバス・インターフ ェースＢ１経由で周期的に読み出されるために、ＭＰｔｌを単独で使用した場合 に可能な期間よりはるかに短い期間の光線中断を検出することが可能となる。フ リップ・フロップＦはＭＰにより線Ｌ２を用いてリセットすることがで籾る。ゲ ート回路（図示されていない）により、ルックアップテーブルから有効なデータ が連続的に出力されている状態どうしの遷移期間に、フリップ・フロップがトリ ガされないことが保証される。Figure 3 shows one of the output bits of the signal strength lookup table mentioned earlier. Electrical monitoring is also an indication. This bit flags missing signals. is programmed to do so. If a temporary signal loss occurs, one A pulse is generated on the signal line L1, triggering the flip-flop F, and causing a flip-flop. Flop I changes state to indicate that a temporary loss of signal has occurred. centre The output of lip-flop F is routed to the bus interface by the microprocessor. When MPtl is used alone to be read periodically via interface B1 It becomes possible to detect beam interruptions of much shorter duration than is possible in the conventional method. centre Lip flop F can be reset by MP using line L2. Game A circuit (not shown) allows valid data to be retrieved from the lookup table. The flip-flop triggers during the transition period between states where guaranteed not to be damaged.
上述したように、干渉計が据置の場合でも、信号強度が如何なる変化をしても、 その変化を測定することができ、このことは干渉計の構成部分を設置する場合に 役立つ。しかし、配置される構成部分が、干渉針を含まず、レーザー光線を検出 器に反射する車なる反射器である場合も起こり得る。このような状況においては 、検出器の信号に位相差を与える交流の干渉信号は存在しないために、減算器５ １およびＳ２において、信号ＡおよびＣの各々から信号Ｂを減じることによって 、直流レベルも消去し、信号を残さないことができる。As mentioned above, even if the interferometer is stationary, no matter how the signal strength changes, Its changes can be measured, and this is important when installing the interferometer components. Helpful. However, the components that are placed do not include an interference needle and detect the laser beam. It can also occur if the light is reflected by a vehicle, such as a reflector. In this situation , since there is no alternating current interference signal that gives a phase difference to the detector signal, the subtracter 5 1 and S2 by subtracting signal B from each of signals A and C. , it can also erase the DC level and leave no signal.
レーサー光線が偏向光を発する場合、光学要素が異なると偏向に及ぼす影響も異 なるという点において、別の複雑さが生じる。このように、偏向板の背後にある １つの検出器に入射する光線強度を調べることにより、信号強度がいろいろ変化 し、偏向板の方位が戻り光線の方位と一致していない場合にはゼロにまで落ちて しまう。When a laser beam emits polarized light, different optical elements have different effects on the polarization. Another complication arises in that. In this way, behind the deflection plate By examining the intensity of the light beam incident on one detector, the signal strength can vary. However, if the direction of the deflection plate does not match the direction of the returning beam, it drops to zero. Put it away.
この問題を解決するためには、２個の検出器の方から偏向板を通してその信号が 別々に直角の方向に偏向されるのを確かめる必要がある。このようにすると、適 当なルックアップテーブルにプログラムされた値は、２つの検出信号の和を２で 割った値か、またはそれらの信号の自乗の和の平方根であろう。To solve this problem, the signals from the two detectors must be passed through a deflection plate. It is necessary to make sure that they are deflected separately at right angles. This way, the appropriate The value programmed into the appropriate lookup table is the sum of the two detected signals by 2. It could be the divided value or the square root of the sum of the squares of those signals.
２個の検出器ＡおよびＣの直流成分が監視できるためには、検出器Ｂから出てい る線にスイッチＴ１を導入することによりこの装置を変更し、減Ｎ器Ｓ１および ｓ２への入力から検出器Ｂの信号を除去する必要がある。In order to be able to monitor the DC components of the two detectors A and C, the output from detector B must be This device is modified by introducing a switch T1 in the line where N reducer S1 and It is necessary to remove the signal of detector B from the input to s2.
この手段によって、変換器は、レーザー光線から生じる検出器ＡおよびＣの直流 成分に関係する信号を受信する。検出器Ｂをそのスイッチで切り放すと同時に第 ２のスイッチＴ２をマイクロ・プロセッサ・ユニットによって操作し、変換器Ａ ＤＩから出るアドレス線にルックアップテーブルＬＬＩＴＩ の第２部分Ｐ２（ ここには予めプログラムされた光線強度データが格納されてい、る）を指定させ ろ。By this means, the converter can detect the direct current of the detectors A and C resulting from the laser beam. Receive a signal related to the component. At the same time as turning off detector B with that switch, 2 switch T2 is operated by the microprocessor unit, converter A The second part P2 of the lookup table LLITI ( The pre-programmed light intensity data is stored here. reactor.
このようにして、本発明においては、非干渉ビームのビーム強度を監視すること が可能であり、このことは、この装置のある部分を設置する際に、干渉計の構成 部分を使用する必要がなく有意義である。In this way, in the present invention, the beam intensity of the incoherent beam can be monitored. is possible, and this means that when installing some parts of this device, the interferometer configuration It is meaningful because there is no need to use parts.
この干渉計の有用性を高める更なる特徴は、変換器ＡＤＩおよびＡＤ２の各々の 出力ビットの１個を用いて、アップ・ダウン可能なデコーダを兼ねた縞計数回路 （図示されていない）を駆動することである。正弦信号および余弦信号がゼロを 通過するときに、２個の変換器の出力の最上位ビットは状態が変わるため、これ らのビットは前記デコーダ兼計数器に対する２個の位相差９０度の論理入力信号 として使用することができる。A further feature that increases the usefulness of this interferometer is that each of the transducers ADI and AD2 Fringe counting circuit that doubles as a decoder that can go up and down using one output bit (not shown). Sine and cosine signals reach zero This is because the most significant bits of the outputs of the two converters change state as they pass through. These bits are two logical input signals with a phase difference of 90 degrees to the decoder/counter. It can be used as
また、結合して計測を行なう複数の機械または複数の機械治具に対する標準的な 機械制御装置の多くはそれらの計測基準からの位相差９０度の人力信号を必要と するので、変換器から送られる位相差９０度のこれら２個の論理信号を、機械基 準読み取り装置からの信号の代わりに、機械インターフェースに渡すことができ 、このように、レーザー干渉計はこの機械に対する計測基準として使用すること ができ、８分の１波長の解像度を与える。この解像度を向上するには、ルックア ップテーブルをプログラムし直して、高解像度の位相差９０度の信号を生成する ために必要なコードを含むようにし、それらを機械制御装置に送ればよい。また 、特定の機械制御装置に必要ならば、ルックアップテーブルにグレイ・コードを 含むように、これをプログラムすることもできる。In addition, standard Many machine control devices require human signals with a 90 degree phase difference from their measurement standards. Therefore, these two logic signals with a phase difference of 90 degrees sent from the converter are Instead of a signal from a quasi-reader, it can be passed to a machine interface. , thus the laser interferometer can be used as a measurement reference for this machine. , giving a resolution of one-eighth wavelength. To improve this resolution, looka Reprogram the top table to generate a high-resolution 90 degree phase difference signal. All you need to do is to include the necessary codes for the machine control and send them to the machine controller. Also , Gray code in the lookup table if required for a particular machine control. It can also be programmed to include:
ルックアップテーブルにコードをプログラムすることによって解像度を向上させ るという上記の方法は、レーザー干渉計システム以外の装置に採用することがで きる。Increase resolution by programming code into lookup table The method described above can be applied to devices other than laser interferometer systems. Wear.
製雪の精度を向上させるために更に行なう変更としては、誤りに対し正しい数字 が直接出力されるように、ルックアップテーブルに格納されている数字を修正し てもよい。誤りが起こるのは、例えば、光学部品の特性不良、フォト・ダイオー ド検出器の非直線性、または検出信号の位相差が正確に９０度でないこと等が原 因である。Further changes to improve the accuracy of snowmaking include correct numbers for errors. Modify the numbers stored in the lookup table so that It's okay. Errors can occur, for example, due to poor characteristics of optical components or photodiodes. The cause is non-linearity of the code detector or the phase difference of the detection signal is not exactly 90 degrees. This is the cause.
しかし、検出器および光学装置類のどんな組合せに対しても、誤差は一定である ので、誤差を一度測定すれば、それを考慮することができる。誤差を測定するに は、システムを物理的に校正するか、または、ｋＣＯＳθに対しｋ ｓｉｎθを プロットすることにより観察されるリサージュ図の歪を解析するかの、何れかで ある。そして、ルックアップテーブルに格納すべきデータは、誤差の解析から与 えられる修正値を用いて算出される。However, the error is constant for any combination of detector and optics. Therefore, once the error is measured, it can be taken into account. To measure the error either physically calibrate the system or set k sin θ for k COS θ. Either analyze the distortion of the Lissajous diagram observed by plotting be. The data to be stored in the lookup table is determined based on the error analysis. Calculated using the corrected value obtained.
これに代わり、光学部品またはその配列の変更の為に誤差が一定でない場合には 、リサージュ図の解析によって導かれた誤差のデータをマイクロ・プロセッサに よフて使用し、ルックアップテーブルから読み出された値を一定のアルゴリズム を用いて逐次修正することができる。但し、そのアルゴリズムは、如何なる時も 、リサージュ図の歪に応じて更新されているものとする。Alternatively, if the error is not constant due to changes in the optical components or their arrangement, , the error data derived from the analysis of the Lissajous diagram is sent to the microprocessor. The value read from the lookup table is then used by a certain algorithm. It can be corrected sequentially using . However, the algorithm is , is updated according to the distortion of the Lissajous diagram.
産業上の利用可能性 故に、本発明は、単独のマイクロ・プロセッサに比較し著しく速く、非常に高速 で柔軟性の高い信号処理システムを提供することが分かる。本システムは、情報 の多量の流れを、その情報を効率的かつ連続的に監視しつつ処理することが可能 である。Industrial applicability Therefore, the present invention is significantly faster than a single microprocessor; It can be seen that this provides a highly flexible signal processing system. This system is information It is possible to process large amounts of information while efficiently and continuously monitoring the information. It is.
補正音の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成１年４月２ １日Copy and translation of amended sound) submission form (Patent Law Article 184-7, Paragraph 1) April 2, 1999 1 day
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