JPH0835811A - Frequency-modulated optical-fiber-displacement measuring device - Google Patents
Frequency-modulated optical-fiber-displacement measuring deviceInfo
- Publication number
- JPH0835811A JPH0835811A JP4211430A JP21143092A JPH0835811A JP H0835811 A JPH0835811 A JP H0835811A JP 4211430 A JP4211430 A JP 4211430A JP 21143092 A JP21143092 A JP 21143092A JP H0835811 A JPH0835811 A JP H0835811A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- frequency
- light
- output
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は周波数変調光ファイバ変
位測定装置に係り、特に駆動電流によって発振周波数を
線形的に変調可能な半導体レーザを利用して測定物の変
位及び絶対距離を高精度に測定することができるヘテロ
ダイン干渉式の周波数変調光ファイバ変位測定装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency-modulated optical fiber displacement measuring device, and more particularly to a highly accurate displacement and absolute distance of an object to be measured by using a semiconductor laser whose oscillation frequency can be linearly modulated by a driving current. The present invention relates to a heterodyne interferometric frequency modulation optical fiber displacement measuring device capable of measuring.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、周波数変調型のヘテロダイン干渉
式変位測定装置は公知であり、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されている。即ち、この測定装置
は、半導体レーザに加える駆動電流を三角波状に周期的
に変化させ、半導体レーザの発振周波数と発光強度を変
調する。そして、このレーザ光をビームスプリッタで参
照光と物体光（測定物に照射される光）とに分割し、ビ
ームスプリッタの出射面から物体光を測定面に出射し、
その反射光を再び出射面から入射させて前記参照光と重
畳させる。測定面で反射して戻ってきた物体光と参照光
との間には、出射面から測定面までの距離に対応した時
間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参照
光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じ、そのビート
周波数は出射面から測定面までの距離に対応する。従っ
て、このビート周波数を計数することにより測定物の変
位を測定するようにしている。2. Description of the Related Art Conventionally, a frequency modulation type heterodyne interferometric displacement measuring device has been known, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-10.
1702 gazette. That is, this measuring device periodically changes the drive current applied to the semiconductor laser in a triangular wave shape to modulate the oscillation frequency and the emission intensity of the semiconductor laser. Then, this laser light is split into a reference light and an object light (light that is irradiated on the object to be measured) by a beam splitter, and the object light is emitted from the emission surface of the beam splitter to the measurement surface,
The reflected light is made incident again from the emission surface and is superimposed on the reference light. There is a time delay corresponding to the distance from the emission surface to the measurement surface between the object light reflected by the measurement surface and returned, and the reference light, and the frequencies of the two differ. Therefore, heterodyne interference occurs between the reference light and the object light, and the beat frequency thereof corresponds to the distance from the emission surface to the measurement surface. Therefore, the displacement of the measurement object is measured by counting the beat frequency.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヘテロダイン干渉式変位測定装置は、レーザ光の光
路に光ファイバを使用していないため、環境の影響を受
けやすく、またビームスプリッタやミラー等により装置
が大型化するという問題がある。更に、測定物が静止し
た状態で測定するため、移動中の測定物の変位をリアル
タイムで測定することができない。However, the above-mentioned conventional heterodyne interferometric displacement measuring device does not use an optical fiber in the optical path of the laser beam, and therefore is easily affected by the environment, and the beam splitter, mirror, etc. There is a problem that the device becomes large. Further, since the measurement object is measured in a stationary state, the displacement of the moving measurement object cannot be measured in real time.
【０００４】一方、レーザ光の光路に光ファイバを使用
するものとして、光熱変位検出光ファイバ干渉計が提案
されている（特開昭６３−８２３４４号公報）。しか
し、この干渉計は、試料に光熱変位を起こさせる励起光
光源からの励起光と、光熱変位を光の干渉によって検出
するための検出光光源からの検出光とを、光ファイバの
一端に入射させるとともに、光ファイバの他端の出射端
面及び試料面で反射されて光ファイバを通って戻ってき
た干渉光を光電変換器に入射させるために、光源と光フ
ァイバの一端と間に、ハーフミラーやダイクロイックミ
ラー等が設けられいる。従って、光源と光ファイバの一
端との間、及び光ファイバの一端と光電変換器との間に
は光ファイバは設けられていず、上記と同様に環境の影
響を受けやすく、装置が大型化する等の問題点がある。On the other hand, a photothermal displacement detecting optical fiber interferometer has been proposed for using an optical fiber in the optical path of laser light (Japanese Patent Laid-Open No. 63-82344). However, in this interferometer, excitation light from an excitation light source that causes photothermal displacement in a sample and detection light from a detection light source for detecting photothermal displacement by light interference are incident on one end of an optical fiber. In addition, a half mirror is provided between the light source and one end of the optical fiber in order to make the interference light reflected by the emission end face at the other end of the optical fiber and the sample surface and returned through the optical fiber enter the photoelectric converter. And a dichroic mirror etc. are provided. Therefore, no optical fiber is provided between the light source and one end of the optical fiber, and between one end of the optical fiber and the photoelectric converter, and the device is apt to be affected by the environment and the size of the device becomes large as in the above. There are problems such as.
【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、大きな変位を高精度、高分解能、リアルタイム
で測定することができ、かつコンパクトで測定環境の影
響を受けにくい周波数変調光ファイバ変位測定装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and a frequency-modulated optical fiber displacement capable of measuring a large displacement with high accuracy, high resolution and in real time, being compact, and being hardly influenced by a measurement environment. An object is to provide a measuring device.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、半導体レーザと、該半導体レーザに所定の
周期Ｔs （周波数ｆs ）の鋸歯状波又は三角波変調電流
を入力する鋸歯状波又は三角波発生手段と、第１、第
２、第３及び第４の光ファイバと、前記半導体レーザか
ら発振されたレーザ光を前記第１の光ファイバの先端に
導く第１のレンズと、前記第１、第２、第３及び第４の
光ファイバの後端同士を光学的に結合する光ファイバカ
プラであって、前記第１の光ファイバを通過した光を前
記第２及び第３の光ファイバに分配して導くとともに第
２の光ファイバを介して戻ってくる光を前記第４の光フ
ァイバに導く光ファイバカプラと、前記第２の光ファイ
バの先端に配設され、光の一部を出射端面で反射させる
とともに残りは透過させ平行光にして測定面を照射させ
る第２のレンズと、前記第３及び第４の光ファイバの先
端に配設され、それぞれ第３及び第４の光ファイバを介
して入射する光を光電変換する第１及び第２の光電変換
素子と、前記第２の光電変換素子の出力を前記第１の光
電変換素子の出力で割算する割算器と、前記割算器の出
力から前記鋸歯状波又は三角波の周波数ｆs のｎ倍の周
波数ｎｆs を中心周波数とする所定のバンド幅の周波数
成分を取り出すバンドパスフィルタと、該バンドパスフ
ィルタの出力波形の周波数をｍ倍にした周波数のパルス
信号を出力する第１のパルス出力手段と、前記鋸歯状波
又は三角波発生手段から出力される鋸歯状波又は三角波
変調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波数ｎｆs と同
一周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号を出力する第
２のパルス出力手段と、前記第１及び第２のパルス出力
手段からそれぞれ出力されるパルス信号における前記第
２のレンズと測定面との相対移動に伴って発生する周波
数の差を積算するカウンタと、を備えたことを特徴とし
ている。In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor laser and a sawtooth for inputting a sawtooth wave or triangular wave modulation current having a predetermined period T s (frequency f s ) to the semiconductor laser. A triangular wave generating means, a first, a second, a third and a fourth optical fiber, and a first lens for guiding the laser light oscillated from the semiconductor laser to the tip of the first optical fiber. An optical fiber coupler that optically couples the rear ends of the first, second, third, and fourth optical fibers, wherein the light passing through the first optical fiber is coupled to the second and third optical fibers. An optical fiber coupler that distributes and guides the light to the optical fiber and guides the light returning through the second optical fiber to the fourth optical fiber is disposed at the tip of the second optical fiber, and Part is reflected by the emission end face while the rest is transmitted A second lens for irradiating the measurement surface with collimated parallel light, and photoelectric conversion of light incident through the third and fourth optical fibers, which are disposed at the tips of the third and fourth optical fibers, respectively. First and second photoelectric conversion elements, a divider that divides the output of the second photoelectric conversion element by the output of the first photoelectric conversion element, and the sawtooth shape from the output of the divider. Bandpass filter for extracting a frequency component having a predetermined bandwidth having a frequency nf s that is n times the frequency f s of a wave or triangle wave as a center frequency, and a pulse having a frequency obtained by multiplying the frequency of the output waveform of the bandpass filter by m times The same frequency as the frequency nf s is multiplied by m times in synchronization with the first pulse output means for outputting a signal and the cycle T s of the sawtooth wave or triangle wave modulation current output from the sawtooth wave or triangle wave generating means. Pulse signal of the selected frequency Of the second pulse output means for outputting and the frequency difference generated by the relative movement between the second lens and the measurement surface in the pulse signals output from the first and second pulse output means, respectively. It is characterized by having a counter for integrating.
【０００７】また、前記第２の光電変換素子の出力から
前記第２のレンズの出射端面で反射した光と測定面で反
射し第２のレンズに入射する光との干渉によって生じる
ビート信号の周波数を検出する周波数検出手段と、該周
波数検出手段によって検出された周波数に基づいて前記
第２のレンズから測定面までの距離を算出する演算手段
と、を備えたことを特徴としている。The frequency of the beat signal generated by the interference between the light reflected from the output end of the second lens from the output of the second photoelectric conversion element and the light reflected from the measurement surface and incident on the second lens. And a calculation means for calculating the distance from the second lens to the measurement surface based on the frequency detected by the frequency detection means.
【０００８】[0008]
【作用】本発明によれば、レーザ光の光路のほとんどを
光ファイバ及び光ファイバカプラによってフィゾー型の
干渉計（コモンパス）を構成し、測定環境の影響を受け
にくいコンパクトな測定装置にしている。また、測定面
の移動によるドップラ周波数偏移を利用しているため、
移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定することが
できる。更に、バンドパスフィルタの出力波形の周波数
を逓倍して周波数を上げることにより分解能を上げるこ
とができる。According to the present invention, a Fizeau interferometer (common path) is constituted by an optical fiber and an optical fiber coupler in most of the optical path of the laser light, and a compact measuring device that is not easily affected by the measuring environment is provided. Also, because the Doppler frequency shift due to the movement of the measurement surface is used,
The displacement of a moving object can be measured in real time. Furthermore, the resolution can be increased by multiplying the frequency of the output waveform of the bandpass filter and increasing the frequency.
【０００９】[0009]
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る周波数変
調光ファイバ変位測定装置の好ましい実施例を詳述す
る。図１は本発明に係る周波数変調光ファイバ変位測定
装置の一実施例を示すブロック図であり、図２（Ａ）〜
（Ｊ）は、鋸歯状波変調電流を用いた場合のそれぞれ図
１の各部から出力される信号波形図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a frequency modulation optical fiber displacement measuring device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a frequency modulation optical fiber displacement measuring device according to the present invention, and FIG.
(J) is a signal waveform diagram output from each part of FIG. 1 when using a sawtooth wave modulation current.
【００１０】図１に示すように、この周波数変調光ファ
イバ変位測定装置は、主として鋸歯状波又は三角波発生
器１０、半導体レーザ１２、コリメータレンズ１４、対
物レンズ１６、光ファイバカプラ１８、光ファイバ２１
〜２４、セルフォックレンズ２６、ホトダイオード２
８、３０、割算器３２、バンドパスフィルタ３４、波形
整形器３６、３８、周波数逓倍回路４０、４２、ゲート
回路４３、及びアップダウンカウンタ４４から構成され
ている。As shown in FIG. 1, this frequency modulation optical fiber displacement measuring apparatus mainly comprises a sawtooth wave or triangular wave generator 10, a semiconductor laser 12, a collimator lens 14, an objective lens 16, an optical fiber coupler 18, and an optical fiber 21.
~ 24, SELFOC lens 26, photodiode 2
8 and 30, a divider 32, a band pass filter 34, waveform shapers 36 and 38, frequency multiplication circuits 40 and 42, a gate circuit 43, and an up / down counter 44.
【００１１】以下に鋸歯状波変調電流を用いた場合の測
定原理を示す。鋸歯状波又は三角波発生器１０は周期Ｔ
S （周波数ｆs 、角周波数ωs ）の鋸歯状波変調電流Ｓ
ａ（図２（Ａ））を半導体レーザ１２及び波形整形器３
６に出力する。半導体レーザ１２は入力する鋸歯状波変
調電流Ｓａによって発振周波数と発光強度が変調され
る。尚、半導体レーザ１２には加熱及び／又は冷却素子
１３Ａと温度センサ１３Ｂが設けられており、温度コン
トローラ１３は温度センサ１３Ｂによって検出される温
度が一定値になるように加熱及び／又は冷却素子１３Ａ
を制御する。これにより、半導体レーザ１２の温度変化
による波長変化を抑え、測定精度を上げている。The measurement principle when a sawtooth wave modulation current is used will be described below. The sawtooth wave or triangular wave generator 10 has a period T
Sawtooth wave modulation current S of S (frequency f s , angular frequency ω s )
a (FIG. 2A) is a semiconductor laser 12 and a waveform shaper 3
6 is output. The oscillation frequency and the emission intensity of the semiconductor laser 12 are modulated by the input sawtooth wave modulation current Sa. The semiconductor laser 12 is provided with a heating and / or cooling element 13A and a temperature sensor 13B. The temperature controller 13 controls the heating and / or cooling element 13A so that the temperature detected by the temperature sensor 13B becomes a constant value.
Control. Thereby, the wavelength change due to the temperature change of the semiconductor laser 12 is suppressed and the measurement accuracy is improved.
【００１２】前記半導体レーザ１２から出力される変調
されたレーザ光は、コリメータレンズ１４及び対物レン
ズ１６を介して光ファイバ２１の先端に集光される。こ
の光ファイバ２１、２４の後端は、光ファイバカプラ１
８によって、光ファイバ２２、２３の後端と光学的に接
続されている。従って、光ファイバ２１を通過した光は
光ファイバカプラ１８を介して光ファイバ２２、２３に
分配され、また光ファイバ２２を介して戻ってくる光の
一部は光ファイバ２４に導かれる。The modulated laser light output from the semiconductor laser 12 is focused on the tip of the optical fiber 21 via the collimator lens 14 and the objective lens 16. The rear ends of the optical fibers 21 and 24 are connected to the optical fiber coupler 1
8 optically connects the rear ends of the optical fibers 22 and 23. Therefore, the light passing through the optical fiber 21 is distributed to the optical fibers 22 and 23 via the optical fiber coupler 18, and a part of the light returning via the optical fiber 22 is guided to the optical fiber 24.
【００１３】光ファイバ２２の先端には、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光にし
て測定面を照射させるセルフォックレンズ２６が配設さ
れている。即ち、セルフォックレンズ２６の出射端面は
光軸に対して垂直な平面であり、出射端面で反射された
反射光は再びセルフォックレンズ自身で収束してほぼ光
ファイバ２２に戻る。また、セルフォックレンズ２６の
出射端面の反射は、セルフォックレンズ２６と空気との
屈折率の違いによるものであって、セルフォックレンズ
２６の入射光の内、約４％の光量の光が反射され、残り
の約９６％の光量の光が測定面を照射する。したがっ
て、測定面が粗面であっても、また粗面の測定面がセル
フォックレンズ２６の光軸と厳密に垂直でなくても、測
定面を照射する光の数パーセントの光量の光がセルフォ
ックレンズ２６に集光されれば、充分な強度の干渉信号
が得られ、変位測定が可能である。At the tip of the optical fiber 22, there is provided a SELFOC lens 26 for reflecting a part of the light on the emission end face and transmitting the rest of the light into parallel light to illuminate the measurement surface. That is, the emission end face of the SELFOC lens 26 is a plane perpendicular to the optical axis, and the reflected light reflected by the emission end face is converged again by the SELFOC lens itself and returns to the optical fiber 22. Further, the reflection on the exit end face of the SELFOC lens 26 is due to the difference in the refractive index between the SELFOC lens 26 and air, and about 4% of the incident light of the SELFOC lens 26 is reflected. The remaining approximately 96% of the light amount illuminates the measurement surface. Therefore, even if the measurement surface is a rough surface, and the rough measurement surface is not exactly perpendicular to the optical axis of the SELFOC lens 26, light having a light amount of a few percent of the light irradiating the measurement surface is generated by the cell. If the light is focused on the Fock lens 26, an interference signal of sufficient intensity can be obtained and displacement measurement can be performed.
【００１４】さて、セルフォックレンズ２６の端面反射
光（参照光）と、セルフォックレンズ２６から出射され
測定物２７の測定面で反射されて再びセルフォックレン
ズ２６に入射した測定面反射光（物体光）との間には、
セルフォックレンズ２６の出射端面と測定物２７の測定
面との距離Ｄに対応した時間遅れがあり、両者の周波数
は異なる。そのため、参照光と物体光とで、ヘテロダイ
ン干渉が生じる。Now, the end face reflected light (reference light) of the SELFOC lens 26 and the measurement surface reflected light (object which is emitted from the SELFOC lens 26, is reflected by the measurement surface of the object 27 and is incident on the SELFOC lens 26 again. Light)
There is a time delay corresponding to the distance D between the emission end surface of the SELFOC lens 26 and the measurement surface of the measurement object 27, and the frequencies of both are different. Therefore, heterodyne interference occurs between the reference light and the object light.
【００１５】この干渉信号は光ファイバ２２、光ファイ
バカプラ１８及び光ファイバ２４を介して導かれ、光フ
ァイバ２４の先端に設置されたホトダイオード３０によ
り検出される。このホトダイオード３０によって検出さ
れた信号Ｓｃ（図２（Ｃ））は、その強度は半導体レー
ザ１２の発光強度、測定面の反射率の影響を受け、周波
数と位相はセルフォックレンズ２６の出射端面と測定物
２７の測定面との距離Ｄと共に変化する。This interference signal is guided through the optical fiber 22, the optical fiber coupler 18 and the optical fiber 24, and detected by the photodiode 30 installed at the tip of the optical fiber 24. The intensity of the signal Sc (FIG. 2 (C)) detected by the photodiode 30 is influenced by the emission intensity of the semiconductor laser 12 and the reflectance of the measurement surface, and the frequency and phase are the same as those of the emission end surface of the SELFOC lens 26. It changes with the distance D from the measurement surface of the measurement object 27.
【００１６】また、光ファイバ２３の先端にはホトダイ
オード２８が設置されており、このホトダイオード２８
によって半導体レーザ１２の発光強度を示す信号Ｓｄ
（図２（Ｄ））が検出されている。割算器３２はホトダ
イオード３０の出力信号Ｓｃをホトダイオード２８の出
力信号Ｓｄで除算し、その商を示す信号Ｓｅ（図２
（Ｅ））をバンドパスフィルタ３４に出力する。これに
より、半導体レーザ１２の発光強度の変化の影響が除去
される。Further, a photodiode 28 is installed at the tip of the optical fiber 23.
Signal Sd indicating the emission intensity of the semiconductor laser 12
(FIG. 2 (D)) is detected. The divider 32 divides the output signal Sc of the photodiode 30 by the output signal Sd of the photodiode 28, and outputs a signal Se (FIG. 2) showing the quotient.
(E)) is output to the bandpass filter 34. As a result, the influence of the change in the emission intensity of the semiconductor laser 12 is removed.
【００１７】バンドパスフィルタ３４は中心周波数
ｆs 、バンド幅Δν（例えばｆs ／１０）を有し、入力
信号Ｓｅからｆs の成分を取り出し、その取り出した信
号Ｓｆ（図２（Ｆ））を波形整形器３８に出力する。波
形整形器３８は入力信号Ｓｆを矩形波の信号Ｓｇ（図２
（Ｇ））に変換し、周波数逓倍回路４２はこの信号Ｓｇ
の周波数が予め設定された倍率ｍ（図２ではｍ＝２）に
なるように逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）Ｓ
ｇ′をゲート回路４３の入力Ｇ1 に出力する。（図２
（Ｉ）、（Ｊ）参照）。The bandpass filter 34 has a center frequency f s and a bandwidth Δν (for example, f s / 10), extracts the component of f s from the input signal Se, and outputs the extracted signal Sf (FIG. 2 (F)). Is output to the waveform shaper 38. The waveform shaper 38 converts the input signal Sf into a rectangular wave signal Sg (see FIG. 2).
(G)), and the frequency multiplication circuit 42 outputs this signal Sg.
Is multiplied so that the frequency becomes a preset magnification m (m = 2 in FIG. 2), and the multiplied signal (pulse signal) S
It outputs g'to the input G 1 of the gate circuit 43. (Fig. 2
(See (I) and (J)).
【００１８】一方、波形整形器３６は鋸歯状波又は三角
波発生器１０から入力する鋸歯状波変調電流Ｓａを矩形
波の信号Ｓｂ（図２（Ｂ））に変換し、周波数逓倍回路
４０はこの信号Ｓｂの周波数を前記周波数逓倍回路４２
と同じ倍率で逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）
Ｓｂ′をゲート回路４３の入力Ｇ2 に出力する（図２
（Ｈ）参照）。On the other hand, the waveform shaper 36 converts the sawtooth wave modulation current Sa input from the sawtooth wave or triangular wave generator 10 into a rectangular wave signal Sb (FIG. 2 (B)), and the frequency multiplication circuit 40 uses this. The frequency of the signal Sb is multiplied by the frequency multiplication circuit 42.
Multiplied by the same multiplication factor, and the multiplied signal (pulse signal)
Sb ′ is output to the input G 2 of the gate circuit 43 (see FIG. 2).
(See (H)).
【００１９】ゲート回路４３は、入力Ｇ1 のパルス信号
Ｓｇ′と入力Ｇ2 のパルス信号Ｓｂ′の周波数差による
新しいパルス信号を作り、アップダウンカウンタ４４の
アップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄに出力する。従って、ア
ップダウンカウンタ４４はパルス信号Ｓｂ′とパルス信
号Ｓｇ′との周波数の差を積算することになる。ところ
で、測定物２７が停止している場合には、周波数逓倍回
路４２から出力されるパルス信号Ｓｇ′の周波数は、周
波数逓倍回路４０から出力される基準のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数と一致し、アップダウンカウンタ４４のカ
ウント値は変化しないが、測定物２７が移動すると、ド
ップラ周波数偏移により波形整形器３８から出力される
信号Ｓｇ（周波数逓倍回路４２から出力されるパルス信
号Ｓｇ′）の周波数は変化する。即ち、測定物２７がセ
ルフォックレンズ２６から遠ざかる方向に移動すると、
パルス信号Ｓｇ′の周波数は大きくなり（図２（Ｉ）参
照）、測定物２７がセルフォックレンズ２６に近づく方
向に移動すると、パルス信号Ｓｇ′の周波数は小さくな
る（図２（Ｊ）参照）。The gate circuit 43, the input G 1 'and enter G 2 of the pulse signal Sb' pulse signal Sg create a new pulse signal by the frequency difference, and outputs the up input U or down input D of the up-down counter 44 . Therefore, the up / down counter 44 integrates the frequency difference between the pulse signal Sb 'and the pulse signal Sg'. By the way, when the measurement object 27 is stopped, the frequency of the pulse signal Sg ′ output from the frequency multiplication circuit 42 is the reference pulse signal S output from the frequency multiplication circuit 40.
Although the count value of the up / down counter 44 does not change, the signal Sg output from the waveform shaper 38 due to the Doppler frequency shift (the output from the frequency multiplication circuit 42). The frequency of the pulse signal Sg ') is changed. That is, when the measurement object 27 moves in a direction away from the SELFOC lens 26,
The frequency of the pulse signal Sg ′ increases (see FIG. 2 (I)), and the frequency of the pulse signal Sg ′ decreases when the measurement object 27 moves toward the SELFOC lens 26 (see FIG. 2 (J)). .
【００２０】従って、パルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓ
ｇ′のパルス数の差は、測定物２７の移動速度及び移動
方向に対応し、そのパルス数の差の積算値は測定物２７
の移動量に対応する。これにより、測定物２７を或る位
置から他の位置に移動させたときのアップダウンカウン
タ４４のカウント値の増減量に基づいて測定物２７の移
動距離を測定することができる。Therefore, the pulse signal Sb 'and the pulse signal S
The difference in the number of pulses of g ′ corresponds to the moving speed and the moving direction of the measurement object 27, and the integrated value of the difference in the number of pulses is the measurement object 27.
Corresponding to the amount of movement. Accordingly, the moving distance of the measurement object 27 can be measured based on the amount of increase or decrease in the count value of the up / down counter 44 when the measurement object 27 is moved from a certain position to another position.
【００２１】尚、上記実施例の割算器３２は、ホトダイ
オード３０の出力信号をホトダイオード２８の出力信号
で除算するようにしているが、これに限らずホトダイオ
ード２８の出力信号の代わりに、鋸歯状波又は三角波発
生器１０の出力、あるいは、半導体レーザ１２内蔵のモ
ニタ用ホトダイオードの出力などで割算するようにして
もよい。この場合には、光ファイバ２３及びホトダイオ
ード２８は不要となり、光ファイバ２１からの入射光
は、光ファイバ２２のみへ伝達し、測定面を照射する光
の強度は強くなる。The divider 32 of the above embodiment divides the output signal of the photodiode 30 by the output signal of the photodiode 28. It may be divided by the output of the wave or triangular wave generator 10 or the output of the monitor photodiode built in the semiconductor laser 12. In this case, the optical fiber 23 and the photodiode 28 are unnecessary, the incident light from the optical fiber 21 is transmitted only to the optical fiber 22, and the intensity of the light irradiating the measurement surface becomes strong.
【００２２】更に、変調電流波形は鋸歯状波、三角波に
限らず、正弦波を用いて、その直線近似部分を使用する
ことも可能である。三角波及び正弦波を用いるときに
は、その折り返しの部分を位相反転させ、前半分に加え
ることにより、２倍の感度を得ることができる。また、
鋸歯状波より、三角波及び正弦波の方が、変調周波数ｆ
s の上限が高くとれることが考えられる。Further, the modulation current waveform is a sawtooth wave or a triangular wave.
Not limited to, using a sine wave, use the linear approximation part
It is also possible. When using triangular wave and sine wave
Phase-inverts the folded part and adds it to the first half.
By doing so, double sensitivity can be obtained. Also,
The triangular wave and the sine wave have a modulation frequency f rather than the sawtooth wave.
sIt is conceivable that the upper limit of will be high.
【００２３】次に、上記各部における信号を数式で表す
と、以下のようになる。半導体レーザ１２の発光強度が
除去された割算器３２からの出力信号Ｓｅ(t)は、次
式、 Ｓｅ(t) ＝Ａ・cos(ωbt ＋φb） …（１） となる。ここで、式（１）中の上記ビート信号の角周波
数ωb と位相φb は、それぞれ次式、 ωb＝２Δω／ＴS τ …（２） φb＝ω0 τ …（３） となる。式（２）、（３）中で、Δωは図３に示すよう
に角周波数変調幅であり、τは参照光と物体光との時間
遅れであり、ω0 はバイアス電流ｉ0 駆動時の半導体レ
ーザ１２の角周波数である。Next, the signals in each of the above parts are expressed by the following equations. The output signal Se from the divider 32 to the emission intensity of the semiconductor laser 12 is removed (t) is expressed by the following equation, and Se (t) = A · cos (ω b t + φ b) ... (1). Here, the angular frequency ω b and the phase φ b of the beat signal in the equation (1) are respectively expressed by the following equation: ω b = 2Δω / T S τ (2) φ b = ω 0 τ (3) Become. In equations (2) and (3), Δω is the angular frequency modulation width as shown in FIG. 3, τ is the time delay between the reference light and the object light, and ω 0 is the bias current i 0 when driven. The angular frequency of the semiconductor laser 12.
【００２４】また、バンドパスフィルタ３４から出力さ
れる信号Ｓｆ(t) は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ωSt ＋φb） …（４） となる。さて、測定面が初期距離Ｄ0 より速度ｖで移動
し、距離Ｄが、 Ｄ＝Ｄ0＋ｖｔ …（５） と表せる場合を考えると、式（４）は、 Ｓｆ(t) ＝Ｂ・cos｛２π［(ｆs＋ΔｆD)ｔ＋２Ｄ0／λ0］｝…（６） となる。ここで、ΔｆD は測定面の移動によるドップラ
周波数偏移であり、次式で表せる。 ΔｆD＝２ｖ／λ0 …（７）Further, the signal output from the band pass filter 34 Sf (t) becomes Sf (t) = B · cos (ω S t + φ b) ... (4). Now, considering a case where the measurement surface moves at a speed v from the initial distance D 0 and the distance D can be expressed as D = D 0 + vt (5), the equation (4) is expressed as Sf (t) = B · cos {2π [(f s + Δf D ) t + 2D 0 / λ 0 ]} (6) Here, Δf D is the Doppler frequency shift due to the movement of the measurement surface and can be expressed by the following equation. Δf D = 2v / λ 0 (7)
【００２５】一方、バンドパスフィルタ３４よりＳｆ
(t) を得るためには、ΔｆD はバンドパスフィルタ３４
のバンド幅Δνより小さいことが必要である。従って、
変位測定可能な測定面の最大移動速度ｖmax は次のよう
になる。 ｖmax＝λ0／２・Δν …（８） 式（８）に示すように、最大移動速度ｖmax を上げるに
は、バンドパスフィルタ３４のバンド幅Δνを大きくと
る必要がある。図１に示した実施例では、バンドパスフ
ィルタ３４の中心周波数をｆs にしたが、割算器３２か
ら出力される信号Ｓｅは、周期ＴS で連続的に変調され
ているため、周期ＴS の周期関数であり、ｆs ，２
ｆs ，…，ｎｆs ，…，の各周波数成分が含まれてい
る。いま、中心周波数ｎｆs のバンドパスフィルタで、
周波数ｎｆs の成分を取り出すようにすると、式（４）
は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ｎωSt ＋φb） ＝Ｂ・cos［２π(ｎｆs＋ΔｆD)ｔ］ となる。そして、Δνを中心周波数ｎｆs の１０分の１
に設定すると、（８）式は、 ｖmax＝λ0／２・Δν ＝λ0／２・ｎｆs ／１０ …（９） となる。従って、ｎ、ｆs を大きくすれば、最大速度が
上げられる。On the other hand, Sf is output from the bandpass filter 34.
To obtain (t), Δf D is the bandpass filter 34
It is necessary to be smaller than the bandwidth Δν of Therefore,
The maximum moving speed v max of the measurement surface where displacement can be measured is as follows. v max = λ 0/2 · Δν ... as shown in (8) (8), to increase the maximum moving speed v max, it is necessary to increase the bandwidth .DELTA..nu of the bandpass filter 34. In the embodiment shown in FIG. 1, the center frequency of the bandpass filter 34 is set to f s , but since the signal Se output from the divider 32 is continuously modulated at the period T S , the period T S Is a periodic function of S , f s , 2
Each frequency component of f s , ..., Nf s ,. Now, with a bandpass filter with center frequency nf s ,
If the component of the frequency nf s is taken out, equation (4)
Becomes Sf (t) = B · cos (nω S t + φ b) = B · cos [2π (nf s + Δf D) t]. Then, Δν is 1/10 of the center frequency nf s
When set to, the equation (8), and v max = λ 0/2 · Δν = λ 0/2 · nf s / 10 ... (9). Therefore, the maximum speed can be increased by increasing n and f s .
【００２６】ところで、半導体レーザ１２の発振周波数
を駆動電流により線形的に変調する場合、駆動電流の周
波数ｆs の上限は、半導体レーザ１２の変調特性により
制限される。これに対し、バンドパスフィルタによって
取り出される周波数成分の強度は、シンク関数sin ［(
ωb −ｎωS ) ＴS ／２］／［( ωb −ｎωS ) ＴS／
２］により決められる。シンク関数の値はωb ＝ｎωS
のときに、最大値１になり、ωb とｎωS との差にした
がって急激に減少し、ある程度を越えると、バンドパス
フィルタ３４の出力信号の強度は小さくなり、波形整形
器３８は正確なパルス信号を出力しなくなり、測定不可
能となる。When the oscillation frequency of the semiconductor laser 12 is linearly modulated by the drive current, the upper limit of the frequency f s of the drive current is limited by the modulation characteristics of the semiconductor laser 12. On the other hand, the intensity of the frequency component extracted by the bandpass filter is the sine function sin [(
ω b −n ω S ) T S / 2] / [(ω b −n ω S ) T S /
2]. The value of the sink function is ω b = nω S
At time 1, the maximum value becomes 1, and it sharply decreases according to the difference between ω b and n ω S. When it exceeds a certain level, the intensity of the output signal of the bandpass filter 34 becomes small, and the waveform shaper 38 is accurate. The pulse signal is no longer output and measurement becomes impossible.
【００２７】上記条件からｎの値には制限があるが、ビ
ート信号の角周波数ωb を大きくすることによって大き
なｎをとることができる。角周波数ωb を大きくするた
めには、半導体レーザ１２の周波数変調幅を大きくする
か、距離Ｄを大きくすればよい。図４は本発明の他の実
施例を示す要部概略図である。同図に示すように、この
実施例では、セルフォックレンズ２６と測定物２７の測
定面と光路差を大きくするためのオフセット設定用光フ
ァイバ２５を設けるようにしている。尚、螺旋状の光フ
ァイバ２５を用いることにより、セルフォックレンズ２
６と測定物との距離よりも大幅に光路差を大きくとるこ
とができ、且つその間における測定環境の影響を受けに
くくすることができる。また、光ファイバ２５の両端に
は、ＡＲコートを施した１／４ピッチのセルフォックレ
ンズ２５Ａと２５Ｂが接続されている。このように、光
ファイバ２５によって距離Ｄを大きくすることにより大
きなｎをとること、即ち、最大移動速度ｖmax を上げる
ことができる。Although the value of n is limited under the above conditions, a large value of n can be obtained by increasing the angular frequency ω b of the beat signal. In order to increase the angular frequency ω b , the frequency modulation width of the semiconductor laser 12 may be increased or the distance D may be increased. FIG. 4 is a schematic view of the essential portions showing another embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, an SELFOC lens 26 and an offset setting optical fiber 25 for increasing the optical path difference from the measurement surface of the measurement object 27 are provided. By using the spiral optical fiber 25, the SELFOC lens 2
The optical path difference can be made significantly larger than the distance between 6 and the object to be measured, and the influence of the measurement environment therebetween can be reduced. In addition, quarter-pitch SELFOC lenses 25A and 25B with AR coating are connected to both ends of the optical fiber 25. As described above, by increasing the distance D by the optical fiber 25, a large n can be taken, that is, the maximum moving speed v max can be increased.
【００２８】尚、バンドパスフィルタ３４の中心周波数
をｎｆs にした場合には、図１の周波数逓倍回路４０の
パルス信号Ｓｂ′の周波数もｎ倍にする必要がある。ま
た、本実施例では測定物２７の移動速度に伴うドップラ
周波数偏移を利用して測定物２７の変位を測定するよう
にしているが、図１のホトダイオード３０により検出さ
れた干渉信号Ｓｃ(t) のビート信号の周波数に基づいて
距離を測定することもできる。即ち、ビート信号の変化
部分は、式（１）より、 cos(ωbt ＋φb）＝cos［２π(ｆb＋ΔｆD)ｔ］＝cos
(２πｆb′ｔ) ( ｆb′＝ｆb＋ΔｆD , ｆb＝４Δｆ／ＴS ・Ｄ／Ｃ） となる。ここで、Δｆは半導体レーザ１２の周波数変調
幅を示し、Ｃは光速を示す。測定物が停止しているとき
は、ｆb ′＝ｆb となり、距離Ｄは、次式、 Ｄ＝ＴS ・Ｃ・ｆb／４Δｆ …（１０） となり、距離Ｄはｆb の測定より求められる。When the center frequency of the bandpass filter 34 is set to nf s , the frequency of the pulse signal Sb 'of the frequency multiplication circuit 40 in FIG. 1 also needs to be n times. Further, in the present embodiment, the displacement of the measurement object 27 is measured by utilizing the Doppler frequency shift associated with the moving speed of the measurement object 27, but the interference signal Sc (t) detected by the photodiode 30 of FIG. 1 is used. It is also possible to measure the distance based on the frequency of the beat signal of. That is, the changing portion of the beat signal is expressed by the equation (1) as cos (ω b t + φ b ) = cos [2π (f b + Δf D ) t] = cos
(2πf b ′ t) (f b ′ = f b + Δf D , f b = 4Δf / T S · D / C) Here, Δf represents the frequency modulation width of the semiconductor laser 12, and C represents the speed of light. When the measured object is stopped, f b '= f b, and the distance D is expressed by the following equation, D = T S · C · f b / 4Δf ... (10) , and the distance D from the measurement of f b Desired.
【００２９】尚、ビート信号の周波数ｆb は、セルフォ
ックレンズ２６と測定物２７の測定面との距離Ｄに比例
する。したがって、図４のようにセルフォックレンズ２
６と測定物２７の測定面との間に、オフセット設定用の
光ファイバ２５を設けると、ｆb を大きくすることがで
き、ｆb の測定精度を向上させることができる。The frequency f b of the beat signal is proportional to the distance D between the SELFOC lens 26 and the measurement surface of the measurement object 27. Therefore, as shown in FIG.
Between 6 and measurement surface of the measurement object 27, providing an optical fiber 25 for offset setting, it is possible to increase the f b, it is possible to improve the measurement accuracy of f b.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る周波数
変調光ファイバ変位測定装置によれば、レーザ光の光路
のほとんどを光ファイバ及び光ファイバカプラによって
構成したため、測定環境の影響を受け難く大きな変位を
高精度、高分解能で測定することができ、かつ装置をコ
ンパクトにすることができる。また、測定面の移動によ
るドップラ周波数偏移を利用しているため、移動中の測
定物の変位をリアルタイムで測定することができる。更
に、従来は測定面に反射鏡を設けるのが一般的である
が、本発明によれば、測定物は反射鏡に限らず、金属、
プラスチック、アクリル、紙などの各種材質の粗面で
も、また粗面の測定面が傾斜していても、測定可能であ
ることは、測定試験によって確かめられている。As described above, according to the frequency-modulated optical fiber displacement measuring device of the present invention, most of the optical path of the laser light is composed of the optical fiber and the optical fiber coupler, and therefore it is not easily affected by the measurement environment and is large. The displacement can be measured with high accuracy and high resolution, and the device can be made compact. Moreover, since the Doppler frequency shift due to the movement of the measurement surface is used, the displacement of the moving object can be measured in real time. Further, conventionally, it is general to provide a reflecting mirror on the measurement surface, but according to the present invention, the object to be measured is not limited to the reflecting mirror, and metal,
It has been confirmed by a measurement test that measurement is possible even on rough surfaces of various materials such as plastic, acrylic, and paper, and even if the measurement surface of the rough surface is inclined.
【図１】図１は本発明に係る周波数変調光ファイバ変位
測定装置の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a frequency modulation optical fiber displacement measuring device according to the present invention.
【図２】図２（Ａ）〜（Ｊ）は鋸歯状波の変調電流を用
いた場合のそれぞれ図１の各部から出力される信号波形
図である。2 (A) to 2 (J) are signal waveform diagrams output from the respective units of FIG. 1 when a sawtooth wave modulation current is used.
【図３】図３は鋸歯状波の変調電流を用いた場合の物体
光と参照光の発振周波数と強度変化を示す波形図であ
る。FIG. 3 is a waveform diagram showing oscillation frequencies and intensity changes of object light and reference light when a sawtooth wave modulation current is used.
【図４】図４は本発明の他の実施例を示す要部概略図で
ある。FIG. 4 is a schematic view of a main part showing another embodiment of the present invention.
１０…鋸歯状波又は三角波発生器 １２…半導体レーザ １３…温度コントローラ １３Ａ…加熱及び／又は冷却素子 １３Ｂ…温度センサ １４…コリメータレンズ １６…対物レンズ １８…光ファイバカプラ ２１、２２、２３、２４、２５…光ファイバ ２５Ａ、２５Ｂ、２６…セルフォックレンズ ２７…測定物 ２８、３０…ホトダイオード ３２…割算器 ３４…バンドパスフィルタ ３６、３８…波形整形器 ４０、４２…周波数逓倍回路 ４３…ゲート回路 ４４…アップダウンカウンタ 10 ... Sawtooth wave or triangular wave generator 12 ... Semiconductor laser 13 ... Temperature controller 13A ... Heating and / or cooling element 13B ... Temperature sensor 14 ... Collimator lens 16 ... Objective lens 18 ... Optical fiber coupler 21, 22, 23, 24, 25 ... Optical fiber 25A, 25B, 26 ... Selfoc lens 27 ... Measured object 28, 30 ... Photodiode 32 ... Divider 34 ... Bandpass filter 36, 38 ... Waveform shaper 40, 42 ... Frequency multiplication circuit 43 ... Gate circuit 44 ... Up-down counter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デン セン 中華人民共和国、北京、ハイディアン・デ ィストリクト （番地なし） チィングホ ォア大学内 (72)発明者 章 恩耀 中華人民共和国、北京、ハイディアン・デ ィストリクト （番地なし） チィングホ ォア大学内 (72)発明者 唐 東雷 東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号 株式 会社 東京精密内 (72)発明者 下河辺 明 東京都町田市小川１丁目20番17号 (72)発明者 赤羽 正大 東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号 株式 会社 東京精密内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Densen China, Beijing, Haidian District (No address) Inside the Tinghua University (72) Inventor's Chapter 耀 耀 China, Beijing, Haidian・ District (No street number) Inside the University of Changhua (72) Inventor, Tohatsu Rai, 9-7 Shimorenjaku, Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo (72) Inventor, Akira Shimogawabe 1 Ogawa, Ogawa, Machida, Tokyo 20-17 (72) Inventor Masahiro Akabane 9-7 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
Claims (7)
状波又は三角波変調電流を入力する鋸歯状波又は三角波
発生手段と、 第１、第２、第３及び第４の光ファイバと、 前記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記第１の
光ファイバの先端に導く第１のレンズと、 前記第１、第２、第３及び第４の光ファイバの後端同士
を光学的に結合する光ファイバカプラであって、前記第
１の光ファイバを通過した光を前記第２及び第３の光フ
ァイバに分配して導くとともに第２の光ファイバを介し
て戻ってくる光を前記第４の光ファイバに導く光ファイ
バカプラと、 前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光にし
て測定面を照射させる第２のレンズと、 前記第３及び第４の光ファイバの先端に配設され、それ
ぞれ第３及び第４の光ファイバを介して入射する光を光
電変換する第１及び第２の光電変換素子と、 前記第２の光電変換素子の出力を前記第１の光電変換素
子の出力で割算する割算器と、 前記割算器の出力から前記鋸歯状波又は三角波の周波数
ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数とする所定のバ
ンド幅の周波数成分を取り出すバンドパスフィルタと、 該バンドパスフィルタの出力波形の周波数をｍ倍にした
周波数のパルス信号を出力する第１のパルス出力手段
と、 前記鋸歯状波又は三角波発生手段から出力される鋸歯状
波又は三角波変調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波
数ｎｆs と同一周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号
を出力する第２のパルス出力手段と、 前記第１及び第２のパルス出力手段からそれぞれ出力さ
れるパルス信号における前記第２のレンズと測定面との
相対移動に伴って発生する周波数の差を積算するカウン
タと、 を備えたことを特徴とする周波数変調光ファイバ変位測
定装置。1. A semiconductor laser, sawtooth wave or triangle wave generating means for inputting a sawtooth wave or triangle wave modulation current having a predetermined period T s (frequency f s ) to the semiconductor laser, and first, second, and Third and fourth optical fibers, a first lens that guides laser light oscillated from the semiconductor laser to the tip of the first optical fiber, and the first, second, third, and fourth optical fibers An optical fiber coupler for optically coupling the rear ends of the first and second optical fibers, the light having passed through the first optical fiber is distributed and guided to the second and third optical fibers, and the second optical fiber is also passed through the second optical fiber. An optical fiber coupler for guiding the returning light to the fourth optical fiber, and an optical fiber coupler arranged at the tip of the second optical fiber for reflecting a part of the light on the emission end face and transmitting the rest of the light into a parallel light. Second lens that irradiates the measurement surface First and second photoelectric conversion elements, which are disposed at the tips of the third and fourth optical fibers and photoelectrically convert light incident through the third and fourth optical fibers, respectively, of the divider dividing the output of the photoelectric conversion element at the output of the first photoelectric conversion element, an n-times the frequency nf s frequency f s of the sawtooth wave or a triangular wave from the output of the divider A bandpass filter for extracting a frequency component having a predetermined bandwidth as a center frequency; a first pulse output means for outputting a pulse signal having a frequency obtained by multiplying the frequency of the output waveform of the bandpass filter by m times; Second pulse output means for outputting a pulse signal having a frequency obtained by multiplying the same frequency as the frequency nf s by m times in synchronization with the cycle T s of the sawtooth wave or triangular wave modulation current output from the wave or triangle wave generating means. And the first And a counter that integrates the difference in frequency generated by the relative movement of the second lens and the measurement surface in the pulse signals output from the second pulse output means, respectively. Modulated optical fiber displacement measuring device.
記第２のレンズと測定面との光路差を大きくするための
オフセット設定用光ファイバを設けたことを特徴とする
請求項１の周波数変調光ファイバ変位測定装置。2. An offset setting optical fiber for increasing the optical path difference between the second lens and the measuring surface is provided between the second lens and the measuring surface. 1. A frequency modulation optical fiber displacement measuring device.
状波又は三角波変調電流を入力する鋸歯状波又は三角波
発生手段と、 第１、第２及び第３の光ファイバと、 前記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記第１の
光ファイバの先端に導く第１のレンズと、 前記第１、第２及び第３の光ファイバの後端同士を光学
的に結合する光ファイバカプラであって、前記第１の光
ファイバを通過した光を前記第２の光ファイバに導くと
ともに第２の光ファイバを介して戻ってくる光を前記第
３の光ファイバに導く光ファイバカプラと、 前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光にし
て測定面を照射させる第２のレンズと、 前記第３の光ファイバの先端に配設され、第３の光ファ
イバを介して入射する光を光電変換する光電変換素子
と、 前記光電変換素子の出力を前記鋸歯状波又は三角波発生
手段の出力で割算する割算器と、 前記割算器の出力から前記鋸歯状波又は三角波の周波数
ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数とする所定のバ
ンド幅の周波数成分を取り出すバンドパスフィルタと、 該バンドパスフィルタの出力波形の周波数をｍ倍にした
周波数のパルス信号を出力する第１のパルス出力手段
と、 前記鋸歯状波又は三角波発生手段から出力される鋸歯状
波又は三角波変調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波
数ｎｆs と同一周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号
を出力する第２のパルス出力手段と、 前記第１及び第２のパルス出力手段からそれぞれ出力さ
れるパルス信号における前記第２のレンズと測定面との
相対移動に伴って発生する周波数の差を積算するカウン
タと、 を備えたことを特徴とする周波数変調光ファイバ変位測
定装置。3. A semiconductor laser, a sawtooth wave or triangle wave generating means for inputting a sawtooth wave or triangle wave modulation current having a predetermined period T s (frequency f s ) to the semiconductor laser, first, second and An optical fiber No. 3; a first lens for guiding the laser light oscillated from the semiconductor laser to the tip of the first optical fiber; and an optical path between the rear ends of the first, second, and third optical fibers. An optical fiber coupler that optically couples the light that has passed through the first optical fiber to the second optical fiber and returns the light that returns via the second optical fiber to the third optical fiber. An optical fiber coupler for guiding to a second optical fiber, and a second lens disposed at the tip of the second optical fiber for reflecting a part of the light on the emission end face and transmitting the rest of the light into parallel light to irradiate the measurement surface, Tip of the third optical fiber A photoelectric conversion element which is disposed at an end and photoelectrically converts light incident through a third optical fiber, and a divider which divides an output of the photoelectric conversion element by an output of the sawtooth wave or triangular wave generating means. A bandpass filter for extracting from the output of the divider a frequency component having a predetermined bandwidth having a frequency nf s that is n times the frequency f s of the sawtooth wave or the triangular wave as a center frequency; First pulse output means for outputting a pulse signal having a frequency obtained by multiplying the frequency of the output waveform by m times, and synchronizing with a cycle T s of the sawtooth wave or triangle wave modulation current output from the sawtooth wave or triangle wave generating means. A second pulse output means for outputting a pulse signal having a frequency obtained by multiplying the same frequency as the frequency nf s by m times, and pulse signals respectively output from the first and second pulse output means. A frequency modulation optical fiber displacement measuring device, comprising: a counter that integrates a frequency difference generated due to relative movement between the second lens and the measurement surface.
発生手段の出力の代わりに、前記半導体レーザから発振
されたレーザ光を光電変換した出力で前記光電変換素子
の出力を割算する請求項３の周波数変調光ファイバ変位
測定装置。4. The divider divides the output of the photoelectric conversion element by an output obtained by photoelectrically converting laser light oscillated from the semiconductor laser instead of the output of the sawtooth wave or triangular wave generating means. The frequency modulation optical fiber displacement measuring device according to claim 3.
記第２のレンズと測定面との光路差を大きくするための
オフセット設定用光ファイバを設けたことを特徴とする
請求項３又は４の周波数変調光ファイバ変位測定装置。5. An offset setting optical fiber for increasing an optical path difference between the second lens and the measurement surface is provided between the second lens and the measurement surface. 3 or 4 frequency modulation optical fiber displacement measuring device.
電流を入力する鋸歯状波又は三角波発生手段と、 第１、第２及び第３の光ファイバと、 前記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記第１の
光ファイバの先端に導く第１のレンズと、 前記第１、第２及び第３の光ファイバの後端同士を光学
的に結合する光ファイバカプラであって、前記第１の光
ファイバを通過した光を前記第２の光ファイバに導くと
ともに第２の光ファイバを介して戻ってくる光を前記第
３の光ファイバに導く光ファイバカプラと、 前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光にし
て測定面を照射させる第２のレンズと、 前記第３の光ファイバの先端に配設され、第３の光ファ
イバを介して入射する光を光電変換する光電変換素子
と、 前記光電変換素子の出力から前記第２のレンズの出射端
面で反射した光と測定面で反射し第２のレンズに入射す
る光との干渉によって生じるビート信号の周波数を検出
する周波数検出手段と、 該周波数検出手段によって検出された周波数に基づいて
前記第２のレンズから測定面までの距離を算出する演算
手段と、 を備えたことを特徴とする周波数変調光ファイバ変位測
定装置。6. A semiconductor laser, a sawtooth wave or triangle wave generating means for inputting a sawtooth wave or triangle wave modulation current of a predetermined cycle to the semiconductor laser, first, second and third optical fibers, A first lens that guides laser light oscillated from a semiconductor laser to the tip of the first optical fiber, and an optical fiber coupler that optically couples the rear ends of the first, second, and third optical fibers An optical fiber coupler that guides the light that has passed through the first optical fiber to the second optical fiber and guides the light that returns via the second optical fiber to the third optical fiber; A second lens disposed at the tip of the second optical fiber for reflecting a part of the light on the emission end face and transmitting the rest of the light into parallel light to illuminate the measurement surface; It is arranged at the tip and the third A photoelectric conversion element for photoelectrically converting light incident through the optical fiber, light reflected from the output end of the photoelectric conversion element from the output end surface of the second lens, and reflected from the measurement surface to enter the second lens. Frequency detecting means for detecting a frequency of a beat signal generated by interference with light; and calculating means for calculating a distance from the second lens to the measurement surface based on the frequency detected by the frequency detecting means. A frequency modulation optical fiber displacement measuring device characterized in that
記第２のレンズと測定面との光路差を大きくするための
オフセット設定用光ファイバを設けたことを特徴とする
請求項６の周波数変調光ファイバ変位測定装置。7. An offset setting optical fiber for increasing the optical path difference between the second lens and the measurement surface is provided between the second lens and the measurement surface. 6 frequency modulation optical fiber displacement measuring device.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211430A JP2521872B2 (en) | 1991-12-16 | 1992-08-07 | Frequency modulation optical fiber displacement measuring device |
| US07/989,640 US5402230A (en) | 1991-12-16 | 1992-12-11 | Heterodyne interferometric optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33207091 | 1991-12-16 | ||
| JP3-332070 | 1991-12-16 | ||
| JP4211430A JP2521872B2 (en) | 1991-12-16 | 1992-08-07 | Frequency modulation optical fiber displacement measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835811A true JPH0835811A (en) | 1996-02-06 |
| JP2521872B2 JP2521872B2 (en) | 1996-08-07 |
Family
ID=26518636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4211430A Expired - Lifetime JP2521872B2 (en) | 1991-12-16 | 1992-08-07 | Frequency modulation optical fiber displacement measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521872B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123223A (en) * | 1997-06-06 | 1999-01-29 | Litton Syst Inc | Unbalanced fiber-optic michelson interferometer as optical pick-off |
| JP2006105669A (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Niigata Univ | Method and apparatus for measuring laser interference displacement |
| JP2009270939A (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Keyence Corp | Optical displacement gauge |
| JP2010540943A (en) * | 2007-10-04 | 2010-12-24 | アットキューブ システムズ アーゲー | Device for position detection |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP4211430A patent/JP2521872B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123223A (en) * | 1997-06-06 | 1999-01-29 | Litton Syst Inc | Unbalanced fiber-optic michelson interferometer as optical pick-off |
| US5949740A (en) * | 1997-06-06 | 1999-09-07 | Litton Systems, Inc. | Unbalanced fiber optic Michelson interferometer as an optical pick-off |
| US6317213B1 (en) | 1997-06-06 | 2001-11-13 | Litton Systems, Inc. | Unbalanced fiber optic Michelson interferometer as an optical pick-off |
| US6618523B2 (en) | 1997-06-06 | 2003-09-09 | Litton Systems, Inc. | Unbalanced fiber optic Michelson interferometer as an optical pick-off |
| JP2006105669A (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Niigata Univ | Method and apparatus for measuring laser interference displacement |
| JP2010540943A (en) * | 2007-10-04 | 2010-12-24 | アットキューブ システムズ アーゲー | Device for position detection |
| JP2009270939A (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Keyence Corp | Optical displacement gauge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2521872B2 (en) | 1996-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3279116B2 (en) | Laser Doppler velocimeter | |
| JP3307730B2 (en) | Optical measuring device | |
| US5402230A (en) | Heterodyne interferometric optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object | |
| JPH0419512B2 (en) | ||
| JP3583906B2 (en) | Optical rangefinder | |
| JP2963075B2 (en) | Displacement measuring device and displacement measuring method | |
| JPS6162885A (en) | Distance/speed meter | |
| US5781283A (en) | Process and arrangement for the measurement of physical values of light scattering moving particles by means of a laser doppler anemometer | |
| JP2521872B2 (en) | Frequency modulation optical fiber displacement measuring device | |
| JPH116719A (en) | Interference measuring apparatus | |
| JPH09113217A (en) | Optical heterodyne type displacement amount detection device | |
| JP2935325B2 (en) | Multi-probe displacement measuring device | |
| JPH06186337A (en) | Laser distance measuring equipment | |
| JPH0816602B2 (en) | Displacement measuring device | |
| JP3236941B2 (en) | Distance measurement method for lightwave distance meter | |
| JPS63196829A (en) | Method and apparatus for searching fault point of light waveguide | |
| JPH0875434A (en) | Surface form measuring device | |
| US5471302A (en) | Interferometric probe for distance measurement utilizing a diffraction reflecting element as a reference surface | |
| JPH0875433A (en) | Surface form measuring device | |
| JPH0271187A (en) | Distance measuring equipment | |
| JPS6355035B2 (en) | ||
| US5355223A (en) | Apparatus for detecting a surface position | |
| JPS639877A (en) | Three-dimensional measuring method | |
| JP2655647B2 (en) | Optical integrated circuit interferometer | |
| JPH1090591A (en) | Focus detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090531 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090531 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100531 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110531 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110531 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120531 Year of fee payment: 16 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130531 Year of fee payment: 17 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130531 Year of fee payment: 17 |