JPS584295B2 - How to do it - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は周波数測定方法、特に未知周波数および既知周
波数の光、マイクロ波、超音波などの波動を相互作用さ
せ、かつドップラー周波数を測定することにより、上記
未知周波数を測定するようにした周波数測定方法に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a frequency measurement method, in particular, a method for measuring the unknown frequency by interacting waves such as light, microwave, ultrasound, etc. of an unknown frequency and a known frequency, and measuring the Doppler frequency. The present invention relates to a frequency measurement method.
一般に、光、マイクロ波、超音波などの波動の周波数を
測定することは、通信技術、精密測定などの分野におい
てきわめて重要な要素であり、近時、その測定方法とし
て種々のものが提案されている。In general, measuring the frequency of waves such as light, microwaves, and ultrasonic waves is an extremely important element in fields such as communication technology and precision measurement, and various measurement methods have been proposed recently. There is.
一例として、光の周波数を測定する場合には、回折格子
あるいはプリズムから被測定光を透過させ、そのときの
光の回折角、または屈折角を検出することにより光の波
長λを測定し、さらにこの波長λを周波数に変換するこ
とにより、周波数を測定し、検出している。For example, when measuring the frequency of light, the light to be measured is transmitted through a diffraction grating or prism, and the wavelength λ of the light is measured by detecting the diffraction angle or refraction angle of the light at that time. By converting this wavelength λ into a frequency, the frequency is measured and detected.
すなわち、光の波長λを得ることによりつぎの式にもと
づいて周波数を知ることができる。That is, by obtaining the wavelength λ of light, the frequency can be determined based on the following equation.
ここで、Cは光速であり、299790×108m/S
で与えられる。Here, C is the speed of light, 299790×108m/S
is given by
しかしながら、このような測定方法によると一旦波長λ
を検知したうえで間接的に周波数を測定することから、
測定操作が繁雑となるばかりでなく誤差を含むことにも
なる。However, according to this measurement method, once the wavelength λ
By detecting the frequency and indirectly measuring the frequency,
Not only is the measurement operation complicated, but it also includes errors.
また上述した従来の方法にもとづく周波数測定装置では
、同一の装置で光の波長以外の他の波動を測定すること
はできず、汎用性のないものである。Further, the frequency measuring device based on the conventional method described above cannot measure waves other than the wavelength of light with the same device, and is not versatile.
したがって、本発明の目的は、光の周波数を直接的に測
定できるようにして、正確かつ簡単な操作で測定できる
ようにし、しかも少なくとも2種類の波動を測定できる
ようにして汎用性をもたせるようにするものであり、以
下実施例を用いて詳細に説明する。Therefore, an object of the present invention is to make it possible to directly measure the frequency of light, to make the measurement accurate and simple, and to provide versatility by being able to measure at least two types of waves. This will be explained in detail below using examples.
一般に周波数f0の音波を発するスピーカーがあるとし
、これに対し接近しつつある聴者は、f0よりも高い周
波数を音を聴取し、逆にスピーカーに対し離隔する聴者
はf0よりも低い周波数を音を聴取する。Generally speaking, there is a speaker that emits a sound wave with a frequency of f0, and a listener approaching the speaker will hear a sound at a higher frequency than f0, and conversely, a listener moving away from the speaker will hear a sound at a frequency lower than f0. Listen.
すなわち、音速をS、聴者の接近速度をvとすると、聴
者の受ける音波の周波数fは
として与えられる。That is, if the speed of sound is S and the approaching speed of the listener is v, then the frequency f of the sound wave received by the listener is given as follows.
これは、ドップラー効果として知られ、本発明はこれを
利用するものである。This is known as the Doppler effect, and the present invention utilizes this.
この効果は光波、マイクロ波等の波動においても生ずる
。This effect also occurs in waves such as light waves and microwaves.
このとき、上式において、音速Sの代りに光速Cが式に
含まれつぎの式となる。At this time, in the above equation, the speed of light C is included instead of the speed of sound S, resulting in the following equation.
ここで、vは測定系が光源またはその他の電磁波源に接
近する速度である。Here, v is the speed at which the measurement system approaches the light source or other electromagnetic wave source.
ただし、これは非相対論的式であって、vは光速Cに対
して十分小さいという制限がある。However, this is a non-relativistic equation, and there is a restriction that v is sufficiently small compared to the speed of light C.
つぎに、ミラーに光波を照射して反射させた場合、この
光波が完全にコレーレントであるとすれば、これを平面
波で近似でき、電場EIは次式で与えられる。Next, when a light wave is irradiated onto a mirror and reflected, if this light wave is completely coherent, this can be approximated by a plane wave, and the electric field EI is given by the following equation.
EI(入射光)=EO exp i(kOX−ωOt)
この場合、上式が成立するためには、光束にある程度の
広がりがあり、かつΔPy=0、ΔPz=0であること
が必要である。EI (incident light) = EO exp i (kOX-ωOt)
In this case, in order for the above equation to hold true, it is necessary that the luminous flux has a certain degree of spread and that ΔPy=0 and ΔPz=0.
なお、上記ΔPyはy方向、すなわち光の伝播方向と直
角方向への運動量のゆらぎを示している。Note that the above ΔPy indicates the fluctuation of momentum in the y direction, that is, in the direction perpendicular to the light propagation direction.
この光波は、コヒーレントなものであり、伝播方向の光
束径が一定である必要がある。This light wave is coherent and needs to have a constant beam diameter in the propagation direction.
このような光波は、通常レーザー装置から得ることがで
きるものでランプ、発光ダイオードなど他の光源から得
ることは困難である。Such light waves can usually be obtained from laser devices and are difficult to obtain from other light sources such as lamps and light emitting diodes.
さて、ミラーでこの光が反射されるのであるが、このミ
ラーが光源に向ってvの速度で動いているものとすれば
、反射光の角周波数ωは先に述べたドップラー効果によ
り、次式から得ることができる。Now, this light is reflected by a mirror, but if we assume that this mirror is moving toward the light source at a speed of v, the angular frequency ω of the reflected light is determined by the following equation due to the Doppler effect mentioned earlier. can be obtained from.
ここで、係数2は光波がミラーで反射されるためである
。Here, the coefficient 2 is because the light wave is reflected by the mirror.
この光ERと上述した光EIとを同一光軸上に重ねると
、全電場ETは次式で与えられる。When this light ER and the above-mentioned light EI are superimposed on the same optical axis, the total electric field ET is given by the following equation.
ここで、Δω、Δkは次式となる。Here, Δω and Δk are expressed as follows.
すなわち、上式から、定数XOで光の強度|ET|2
を観測すると、角周波数Δωの強度変化を検出すること
ができる。That is, from the above equation, the light intensity |ET|2 with constant XO
By observing , it is possible to detect changes in the intensity of the angular frequency Δω.
一方、光の角周波数ωOよりΔωOを十分に小さくする
ことができるので、この周波数を検出できる検出器は存
在するのである。On the other hand, since ΔωO can be made sufficiently smaller than the angular frequency ωO of light, there are detectors that can detect this frequency.
たとえば、λ=6×10−5cmとすると、 f0=5×1014(Hz) となり、これを検出できる測定器は現存しない。For example, if λ=6×10-5 cm, f0=5×1014(Hz) Therefore, there are currently no measuring instruments that can detect this.
しかし、v/C=10−6とすると、 となる。However, if v/C=10-6, becomes.
したがって、この程度の周波数を検出できる測定器は現
存し、たとえば、フォトダイオード、アバランシエフオ
トダイオードあるいはフォトマルテイプライヤーなどで
測定できる。Therefore, there are currently measuring instruments capable of detecting frequencies of this order, such as photodiodes, avalanche photodiodes, or photomultipliers.
さらに、2つの光波を使い、かつ同時に上記のビート周
波数Δω1 Δω2を測定すれば、これより比、
を求めることができる。Furthermore, by using two light waves and simultaneously measuring the beat frequencies Δω1 and Δω2, the ratio can be obtained.
この場合、ω01またはω02のいずれかが既知であれ
ば、未知周波数を求めることができるのである。In this case, if either ω01 or ω02 is known, the unknown frequency can be found.
したがって、以上の式によれは、ミラー速度v光速Cが
未知周波数に直接関与しない。Therefore, according to the above equation, the mirror speed v the speed of light C does not directly affect the unknown frequency.
ミラー速度Vに関与しないことは、ミラー速度測定によ
る誤差を除去できることに相当し、正確な測定ができる
ことを意味する。Not being concerned with the mirror speed V corresponds to being able to eliminate errors caused by mirror speed measurement, and means that accurate measurements can be made.
光速Cが関与しないことは、積極的な意義はない。The fact that the speed of light C is not involved has no positive significance.
これは、厳密に知られているからである。This is because it is precisely known.
しかし、本発明による方式で周波数を測定しそして、波
長を他の方法で知って、両者の比として光速を求めるこ
とができる。However, it is possible to measure the frequency with the method according to the invention and know the wavelength in other ways, and determine the speed of light as the ratio of the two.
周波数、波長の測定精度が高ければ光速Cのより厳密な
値を知ることができ、この意味では意義があるといえる
。If the measurement accuracy of frequency and wavelength is high, a more precise value of the speed of light C can be determined, and in this sense, it can be said to be significant.
上述した原理は、光波に関して説明したものであるが、
もちろんこの原理は音波についても適用できる。The above principle was explained in terms of light waves, but
Of course, this principle can also be applied to sound waves.
この場合においては、音速Sを式中から除去することに
相当するが、このことは音速Sが温度、気圧により異な
ることからすれば、上述の場合と同様にその意義は大き
いものといえる。In this case, this corresponds to removing the sound speed S from the equation, but since the sound speed S varies depending on temperature and atmospheric pressure, this can be said to have great significance as in the above case.
つぎに、上述の原理にもとづく本発明による周波数測定
方法の一実施例を説明する。Next, an embodiment of the frequency measurement method according to the present invention based on the above-mentioned principle will be described.
第1図は、本発明による周波数測定方法の原理を示す簡
略構成図であり、同図において、1はレーザー、2はマ
イクロ波発振器であり、これらのコヒーレント光、マイ
クロ波は、図示矢印方向に振動する可動ミラー3の方向
に送出される。FIG. 1 is a simplified configuration diagram showing the principle of the frequency measurement method according to the present invention. In the figure, 1 is a laser, 2 is a microwave oscillator, and these coherent lights and microwaves are emitted in the direction of the arrow in the figure. It is sent out in the direction of the vibrating movable mirror 3.
4は上記可動ミラー3と直角方向に配置された固定ミラ
ー、61,62はそれぞれレーザー光の光路、マイクロ
波の伝播路に配置されたハーフミラー52はマイクロ波
の検出器、54は光波の検出器である。4 is a fixed mirror arranged perpendicular to the movable mirror 3; 61 and 62 are respectively laser beam optical paths; half mirror 52 arranged in the microwave propagation path is a microwave detector; and 54 is a light wave detector. It is a vessel.
このような構成において、レーザー1から送出されるレ
ーザー光はハーフミラー61により2光束に分離される
。In such a configuration, the laser beam emitted from the laser 1 is separated into two beams by the half mirror 61.
分離された一方の光束はa方向に放射され、他方の光速
はハーフミラー61を透過してb方向に放射されてミラ
ー3から反射された後再びハーフミラー61に照射され
る。One of the separated light beams is emitted in the a direction, and the other light beam passes through the half mirror 61, is emitted in the b direction, is reflected from the mirror 3, and is then irradiated onto the half mirror 61 again.
ここで、この反射した光束はd方向に反射され、ミラー
4で逆方向に反射され、ハーフミラー61を透過する。Here, this reflected light beam is reflected in the d direction, reflected in the opposite direction by the mirror 4, and transmitted through the half mirror 61.
ここで、上記の2光束は同一光軸を有して検出器54に
入るのである。Here, the above two beams enter the detector 54 having the same optical axis.
この場合、可動ミラー3が速度vで左右に振動している
とすると、上述したように次式で決定されるビート周波
数Δfの受光量の変動を検出できる。In this case, assuming that the movable mirror 3 is vibrating left and right at a speed v, it is possible to detect fluctuations in the amount of received light at the beat frequency Δf determined by the following equation as described above.
(f01:レーザー光周波数)
一方、マイクロ波発振器2かも送出されたマイクロ波に
ついても同様の工程で検出器52で検出できる。(f01: Laser light frequency) On the other hand, the microwaves transmitted from the microwave oscillator 2 can also be detected by the detector 52 in the same process.
ここで、マイクロ波周波数をf02とすると、検出器5
2は次式で与えられるビートを検出できる。Here, if the microwave frequency is f02, the detector 5
2 can detect the beat given by the following equation.
いま、f02が既知であるとすると、未知のレーザー光
周波数f01は次式で与えられる。Now, assuming that f02 is known, the unknown laser light frequency f01 is given by the following equation.
したがって、このことから未知周波数f01を知ること
ができる。Therefore, the unknown frequency f01 can be known from this.
この場合、f01を既知周波数とすれば未知周波数f0
2を知ることも可能である。In this case, if f01 is the known frequency, the unknown frequency f0
It is also possible to know 2.
しかし、第1図に示す実施例では、レーザー光とマイク
ロ波とでは周波数が著しく異なるので、ミラー3,4、
ハーフミラー61,62は同質の材料を用いることが困
難であり、測定器52,54は全く異なる。However, in the embodiment shown in FIG. 1, since the frequencies of laser light and microwave are significantly different, mirrors 3, 4
It is difficult to use the same material for the half mirrors 61 and 62, and the measuring instruments 52 and 54 are completely different.
したがって、実現性があまりないと考えられる。Therefore, it is considered that there is not much feasibility.
第2図はこの点を解消する本発明による周波数測定方法
の他の実施例を示し、同図において1はレーザー発振器
、63,64,65,66,6768はハーフミラー、
3は可動ミラー、4は固定ミラー、55,56,57は
光検出器である。FIG. 2 shows another embodiment of the frequency measurement method according to the present invention that solves this problem, in which 1 is a laser oscillator, 63, 64, 65, 66, 6768 are half mirrors,
3 is a movable mirror, 4 is a fixed mirror, and 55, 56, and 57 are photodetectors.
また、7は変調器であり、この変調はマイクロ波によっ
て行なわれる。Further, 7 is a modulator, and this modulation is performed using microwaves.
91,92,93はフィルターである。91, 92, and 93 are filters.
この場合、光の周波数f0、マイクロ波の周波数をf1
とすると、フィルター91,92,93はそれぞれf0
、f0−f1、f0+f1の周波数の光のみを透過させ
るものとする。In this case, the frequency of light is f0, and the frequency of microwave is f1.
Then, the filters 91, 92, 93 are each f0
, f0-f1, and f0+f1.
このような構成において、レーザー1から送出されたレ
ーザー光は、変調器7に加えられるマイクロ波で変調さ
れる。In such a configuration, the laser light emitted from the laser 1 is modulated by microwaves applied to the modulator 7.
変調器7から送出される光の中にはf0、f0−f1、
f0+f1の3つの周波数の光が含まれている。The light emitted from the modulator 7 includes f0, f0-f1,
It contains light of three frequencies: f0+f1.
f1はマイクロ波の周波数である。f1 is the microwave frequency.
この変調された光は、ハーフミラー63,64、65に
より反射または透過させて、3つの光束に分割され、か
つフィルター91,92,93によりそれぞれf0,f
0−f1、f0+fの周波数に分離される。This modulated light is reflected or transmitted by half mirrors 63, 64, and 65, and is divided into three beams, and is filtered by filters 91, 92, and 93, f0 and f0, respectively.
It is separated into frequencies of 0-f1 and f0+f.
そして、可動ミラー3が左方に速度vで動いているもの
とすれば、検出器55は周波数
で与えられるビート振動を検出することになる。Assuming that the movable mirror 3 is moving leftward at a speed v, the detector 55 will detect the beat vibration given by the frequency.
同様に、検出器56は周波数
で与えられるビート振動を、そして検出器57はで与え
られるビート振動を検出することになる。Similarly, detector 56 will detect beat vibrations given by frequency and detector 57 will detect beat vibrations given by frequency.
つぎに、これらを測定した後、次式で周波数f0を計算
すれば、レーザー光の周波数f0を求めることができる
。Next, after measuring these, the frequency f0 of the laser beam can be determined by calculating the frequency f0 using the following equation.
逆に、レーザー光の周波数f0が既知であるとすると、
次式よりマイクロ波の周波数f1を求めることができる
。Conversely, if the frequency f0 of the laser beam is known, then
The frequency f1 of the microwave can be determined from the following equation.
以上説明したように本発明によると、従来のように波長
λを求めてこれで光速Cを除することにより周波数を求
めるという操作が不要となり、簡単な操作で正確な周波
数を知ることができる。As explained above, according to the present invention, there is no need for the conventional operation of determining the frequency by determining the wavelength λ and dividing the speed of light C by this, and the accurate frequency can be determined with a simple operation.
まげ、この実施例によると、ハーフミラー63〜68、
ミラー3,4、検出器55〜57はいずれも周波数の近
似した光に対するものでよいので、それぞれ同一の性質
の材料を使用することができる。According to this embodiment, half mirrors 63 to 68,
Since the mirrors 3 and 4 and the detectors 55 to 57 may all be used for light having similar frequencies, they can be made of materials with the same properties.
第3図は本発明による周波数測定方法の他の実施例を示
し、同図において、1はレーザー発振器、3は可動ミラ
ー、4は固定ミラー、66〜68はハーフミラー、55
〜57は光検出器である。FIG. 3 shows another embodiment of the frequency measuring method according to the present invention, in which 1 is a laser oscillator, 3 is a movable mirror, 4 is a fixed mirror, 66 to 68 are half mirrors, 55
~57 is a photodetector.
また、72は変調器であり、超音波が供給され、これに
よりレーザー光の変調が行なわれる。Further, 72 is a modulator to which ultrasonic waves are supplied, thereby modulating the laser light.
変調器72としては、たとえば圧電効果を呈する強誘電
体を用いることができる。As the modulator 72, for example, a ferroelectric material exhibiting a piezoelectric effect can be used.
75はレンズであり、変調器72の後段に配置される。A lens 75 is arranged after the modulator 72.
この場合、レーサー光の周波数をf0、超音波周波数を
f1とすると、レーザー光は変調器72を通過したとき
、零次光f0、一次光f0+f1、マイナス一次光f0
−f1・・・・・・・・・など分離される。In this case, if the frequency of the laser beam is f0 and the ultrasonic frequency is f1, when the laser beam passes through the modulator 72, the zero-order light f0, the first-order light f0+f1, and the negative first-order light f0
−f1..., etc. are separated.
それぞれW、Z、Yで示される光束が零次、一次、マイ
ナス一次光である。The luminous fluxes indicated by W, Z, and Y are zero-order, first-order, and negative first-order light, respectively.
これらの光は変調器72から一定の偏角をもって送出さ
れ、この偏角は零次光については零で、高次項になる程
大きくなる。These lights are sent out from the modulator 72 with a constant polarization angle, and this polarization angle is zero for zero-order light and becomes larger for higher-order terms.
変調器72より焦点距離の位置に凸レンズ75を置くと
、W、Z、Yの光束は凸レンズ75を通過した際に平行
光になる。When a convex lens 75 is placed at a focal length distance from the modulator 72, the W, Z, and Y light beams become parallel lights when they pass through the convex lens 75.
そして、この光は前述したものと同様に、検出器55,
56,57に検出される。Then, this light is transmitted to the detector 55, similar to that described above.
Detected at 56 and 57.
検出器55、56,57は、それぞれ次式で表わされる
周波数のビート振動を検出できる。The detectors 55, 56, and 57 can detect beat vibrations each having a frequency expressed by the following equation.
ここで、超音波の周波数f1が既知であるとすれば次式
によりレーザー光の周波数f0を求めることができる。Here, if the frequency f1 of the ultrasonic wave is known, the frequency f0 of the laser beam can be determined by the following equation.
逆に、レーザー光の周波数f0が既知であれば次式によ
り超音波の周波数f1を求めることができる。Conversely, if the frequency f0 of the laser beam is known, the frequency f1 of the ultrasonic wave can be determined by the following equation.
また、 であるから でf0を求めることもできる。Also, Because it is You can also find f0 using
このような方法によれば測定精度を向上できる。According to such a method, measurement accuracy can be improved.
すなわち、以上の方法によれば、2つの未知既知の周波
数の光、マイクロ波、音波があり、かつこれらを相互作
用させる変調器があれば、ドップラー効果を利用するこ
とにより、未知周波数を簡単な操作で正確に測定できる
のである。In other words, according to the above method, if there are two unknown and known frequencies of light, microwaves, and sound waves, and there is a modulator that allows them to interact, the unknown frequency can be easily converted by using the Doppler effect. Accurate measurements can be made manually.
つぎに、上述の可動ミラー3の詳細を第5図、第6図、
第7図を用いて説明する。Next, the details of the above-mentioned movable mirror 3 are shown in FIGS. 5 and 6.
This will be explained using FIG.
第5図において、31は高周波電源、32は前述の光を
反射する反射膜であり、電極33の表面に被着されてい
る。In FIG. 5, 31 is a high frequency power source, and 32 is a reflective film that reflects the aforementioned light, which is adhered to the surface of an electrode 33.
34は電極33および電極35との間に介在する圧電効
果物質である。34 is a piezoelectric effect material interposed between the electrode 33 and the electrode 35.
上記電極35は支持壁360表面に被着されている。The electrode 35 is attached to the surface of the support wall 360.
このような構成において、電極33,35に電源31か
ら高周波電圧を印加し、圧電物質34に振動電場を与え
ると、この圧電物質34は、膨張、収縮の振動を繰返す
。In such a configuration, when a high frequency voltage is applied from the power source 31 to the electrodes 33 and 35 and an oscillating electric field is applied to the piezoelectric material 34, the piezoelectric material 34 repeats expansion and contraction vibrations.
すると、反射膜32は上記振動に同期して前後に振動し
、このときの振幅は、電源31から供給される高周波出
力に比例する。Then, the reflective film 32 vibrates back and forth in synchronization with the vibration, and the amplitude at this time is proportional to the high frequency output supplied from the power source 31.
この場合、圧電物質34を厚くすると、振幅を大きくで
きるが、電圧も上げる必要がある。In this case, if the piezoelectric material 34 is made thicker, the amplitude can be increased, but it is also necessary to increase the voltage.
なお、第5図においてCは同期信号を示す。In addition, in FIG. 5, C indicates a synchronization signal.
そして、電源31としては正弦波を送出するものでよく
、このようにすると反射板の速度Vも正弦波になる。The power source 31 may be one that sends out a sine wave, and if this is done, the velocity V of the reflection plate will also be a sine wave.
v0を定数として、 となる。With v0 as a constant, becomes.
この場合のビート周波数Δfは次式で与えられる。The beat frequency Δf in this case is given by the following equation.
したがって、これ自身振動することになる。Therefore, it will vibrate itself.
第4図aは光検出器の出力電流を示しておりその振動は
ビート信号を表わしているが、周波数も正弦的に変化し
ている。FIG. 4a shows the output current of the photodetector, whose oscillations represent a beat signal, but whose frequency also varies sinusoidally.
また、電源31から送出される電圧が第4図eに示す波
形であれば、反射膜32の速度Vは次式で与えられる。Further, if the voltage sent from the power source 31 has the waveform shown in FIG. 4e, the velocity V of the reflective film 32 is given by the following equation.
ただし、 T:電圧変動の周期 n:整数 これに対してビート周波数は次式で与えられる。however, T: Period of voltage fluctuation n: integer On the other hand, the beat frequency is given by the following equation.
ビート周波数は2つの周波数の差の絶対値で与えられる
ので、v=±v0でも同一の値をとる。Since the beat frequency is given by the absolute value of the difference between two frequencies, it takes the same value even when v=±v0.
第6図において、37は光を反射する反射板であり、支
持棒41で支持されている。In FIG. 6, reference numeral 37 denotes a reflecting plate that reflects light, and is supported by a support rod 41.
上記支持棒41は支持筒42の中空部に挿入され、かつ
、バネ40を介して支持壁39の方向に移動習性が与え
られている。The support rod 41 is inserted into the hollow part of the support cylinder 42 and is given the habit of moving in the direction of the support wall 39 via a spring 40.
38は楕円カムであり上記反射板37に当接し、かつ図
示しない電動機により回転力が与えられる。Reference numeral 38 denotes an elliptical cam that comes into contact with the reflecting plate 37 and is given rotational force by an electric motor (not shown).
このような構成において、カム38が回転すると反射板
37はカム38で押され、かつバネ40で牽引されるの
で前後に振動する。In such a configuration, when the cam 38 rotates, the reflecting plate 37 is pushed by the cam 38 and pulled by the spring 40, so it vibrates back and forth.
カム38の形状により任意の速度v(t)を反射板37
に与えることがある。Depending on the shape of the cam 38, an arbitrary speed v(t) can be applied to the reflection plate 37.
may be given to
同図に示すようにこのカム38が楕円の場合は、速度v
(t)は次式で与えられる。As shown in the figure, when this cam 38 is elliptical, the speed v
(t) is given by the following equation.
q:カムの回転角周波数
a:長軸径の1/2
e:離心率
第6図においては、カム38の代りにクランクを使用し
て前後運動をさせることもできる。q: Rotation angular frequency of the cam a: 1/2 of the major axis diameter e: Eccentricity In FIG. 6, a crank can be used instead of the cam 38 to cause back and forth movement.
このように、機械的運動によりミラーに速度を与える方
法はつぎの利点を有する。In this way, the method of imparting speed to the mirror by mechanical motion has the following advantages.
すなわち、ミラーの運動の振幅を十分にとることができ
るから、v(t)が一定の時間が長いという利点がある
。That is, since the amplitude of the movement of the mirror can be sufficiently obtained, there is an advantage that v(t) is constant for a long time.
つまり、測定時間中にミラーの速度v(t)があまり変
わらないように設定できるのである。In other words, it is possible to set the mirror speed v(t) so that it does not change much during the measurement time.
このように、カムやクランクを使う方法は、ミラーの振
動のストロークを十分取ることができるが、運動が機械
的であるので、ミラーの横ブレが生じやすいという問題
がある。In this way, the method of using a cam or crank can provide a sufficient vibration stroke of the mirror, but since the movement is mechanical, there is a problem in that the mirror is prone to lateral wobbling.
第7図は上記問題を解消するもので、同図において、3
7は反射板、43はこの反射板37の裏面に被着された
強磁性体、44は反射板37に固着された支持棒で、こ
の先に固着されたピストン46とともに、気密シリンダ
ー48により支持される。Figure 7 solves the above problem, and in the figure, 3
7 is a reflecting plate, 43 is a ferromagnetic material attached to the back surface of this reflecting plate 37, and 44 is a support rod fixed to the reflecting plate 37, which is supported by an airtight cylinder 48 together with a piston 46 fixed to the tip thereof. Ru.
49は磁心でありコイル47が巻回されている。49 is a magnetic core around which a coil 47 is wound.
シリンダー48内には気体が封入され、これがバネの役
割を果す。Gas is sealed within the cylinder 48, and this serves as a spring.
コイル47に電流を通ずると、強磁性体43は磁心49
に吸引され、電流をしゃ断すると復元される。When a current is passed through the coil 47, the ferromagnetic material 43 moves to the magnetic core 49.
, and is restored when the current is cut off.
コイル47に任意の振幅の交流電流を通ずると、その2
倍の周波数で反射板37は前後運動をする。When an alternating current of arbitrary amplitude is passed through the coil 47, the second
The reflection plate 37 moves back and forth at twice the frequency.
この場合、シリンダー48の代わりにバネを用いてもよ
い。In this case, a spring may be used instead of the cylinder 48.
マグネットを使うこの方法によると、ミラーの速度v(
t)は正弦波の形でしか得られない。According to this method using magnets, the speed of the mirror v(
t) can only be obtained in the form of a sine wave.
しかし、可動部の質量を十分軽量にできるので、故障が
少なく、振幅の大きな可動ミラーを作ることができる。However, since the mass of the movable part can be made sufficiently light, it is possible to produce a movable mirror with fewer failures and a large amplitude.
なお、同図において、Cは同期信号を得ることを示す。Note that in the figure, C indicates that a synchronization signal is obtained.
ここで、光検出器でビート信号を得ることができるが、
これにはいくつかの誤差が含まれる。Here, the beat signal can be obtained with a photodetector, but
This includes some errors.
この誤差としては、レーザー発振、マイクロ波発振の周
波数変動、ミラーの横ブレ、光束の拡りなどに起因する
ものである。This error is caused by frequency fluctuations in laser oscillation and microwave oscillation, lateral vibration of the mirror, spread of the light beam, and the like.
ミラーの傾きをα、レーザー光のビームの傾きをθとし
、ミラーが速度vでレーザーに接近する時、反射波の周
波数fRおよび光軸の方向をθRとすると、第18図か
ら明らかなように
但し、
である。Let the inclination of the mirror be α, the inclination of the laser beam be θ, and when the mirror approaches the laser at a speed v, the frequency of the reflected wave fR and the direction of the optical axis be θR, as is clear from Figure 18. However, .
θ′≒θ π−θR≒(θ´−2α)≒θ−2α となる。θ′≒θ π-θR≒(θ'-2α)≒θ-2α becomes.
θはビームの拡りと、レーザーの光軸のズレの両方を含
む。θ includes both the spread of the beam and the deviation of the optical axis of the laser.
この方法によると、ビート周波数の比 の中で同じレーザー光を使い、同じミラーを使うので、 と分離すると である。According to this method, the ratio of beat frequencies Since the same laser light and the same mirror are used in the When separated from It is.
但し、砕はレーザー光軸のズレ角である。However, the break is the deviation angle of the laser optical axis.
θbはビーム拡りである。ミラーは同じであるから、 である。θb is the beam spread. Since the mirrors are the same, It is.
ビーム拡りθbについて考えると、光束がガウスビーム
であれば、
で与えられる。Considering the beam spread θb, if the luminous flux is a Gaussian beam, it is given by:
λは波長、Dはビーム径である。たとえば、He−Ne
レーザーでビーム径1mm■とすると、
である。λ is the wavelength and D is the beam diameter. For example, He-Ne
If the beam diameter of the laser is 1 mm, then the following is true.
θbは2乗されるので、これは無視できる。Since θb is squared, it can be ignored.
故に、これらの誤差を考慮しても、である。Therefore, even if these errors are taken into consideration.
このように本発明によると、同一条件でビート周波数を
計測するから、誤差を打ち消すことができ、正確な計測
を行なうことができる大きな効果を奏するのである。As described above, according to the present invention, since the beat frequency is measured under the same conditions, errors can be canceled out and accurate measurements can be made, which is a great advantage.
また、マイクロ波をそのまま使うと、θbは非常に大き
く、すぐに拡散してしまうことになるが、本発明はマイ
クロ波をレーザー光に重畳させているのでθb≒0とす
ることができ、非常に好都合となる。In addition, if microwaves are used as they are, θb is very large and will quickly diffuse, but since the present invention superimposes microwaves on laser light, it is possible to set θb≒0, which is extremely large. It becomes convenient for
したがって、検出器55,56,57のビート数を測定
すれば周波数を測定できる。Therefore, by measuring the number of beats of the detectors 55, 56, and 57, the frequency can be measured.
この場合のカウント数Cは で与えられる。In this case, the count number C is is given by
しかし、ここに別の問題が生ずる。仮に、測定器として
市販の周波数カウンターを使用すると、同一性能のカウ
ンターが3個必要となる。However, another problem arises here. If a commercially available frequency counter is used as a measuring device, three counters with the same performance would be required.
しかも、カウント開始と停止の時刻を合わせる必要性が
ある。Moreover, it is necessary to synchronize the start and stop times of counting.
通常、周波数カウンターは非同期式のものしか市販され
ておらず、これが困難である。Usually, only asynchronous frequency counters are commercially available, which is difficult.
さらに、ミラーの速度v(t)が正弦波振動をするなら
ば、ビート波形は第4図aまたはCで示すようにほとん
ど直流からMHzまでその周波数が変化する。Furthermore, if the mirror speed v(t) oscillates in a sinusoidal manner, the beat waveform changes in frequency from almost DC to MHz, as shown in FIG. 4a or c.
しかし、市販のカウンターは、このような広範囲な計測
を行なうことは困難で、レンジ切換を必要とする場合が
多い。However, with commercially available counters, it is difficult to measure over such a wide range, and range switching is often required.
つぎに、上記問題を解消する装置につき詳細に説明する
。Next, a device for solving the above problem will be explained in detail.
第8図はそのブロック図を示し、同図において、100
は増巾および波形整形アナログスイツチ部、200は計
数部、300は減算部、400は除算部、500は表示
部である。FIG. 8 shows its block diagram, in which 100
200 is a counting section, 300 is a subtraction section, 400 is a division section, and 500 is a display section.
光検出部55,56,57の電流波形としては第4図a
で示すものが理想的であるが、2つの光波の電場の振幅
を厳密に一致させることは難しいから、通常第4図Cで
示すようになる。The current waveforms of the photodetectors 55, 56, and 57 are shown in Figure 4a.
The one shown in Figure 4C is ideal, but since it is difficult to exactly match the amplitudes of the electric fields of the two light waves.
第9図はこの波形を入力としてDC〜MHz まで平
担に増巾し、第4図bで示す矩形波に波形整形する同路
図である。FIG. 9 is a diagram showing how this waveform is input, amplified evenly from DC to MHz, and shaped into a rectangular wave as shown in FIG. 4b.
同回路において、111〜124は抵抗131〜138
はコンデンサ、151〜152はチョークコイルである
。In the same circuit, 111-124 are resistors 131-138
is a capacitor, and 151 to 152 are choke coils.
上述した入力はトランジスタ101で増巾される。The input described above is amplified by transistor 101.
この増巾された信号はトランジスタ102103に送出
されてここで矩形波に整形されて第4図bに示す波形と
なる。This amplified signal is sent to transistor 102103, where it is shaped into a rectangular wave, resulting in the waveform shown in FIG. 4b.
同回路において、190は単安定マルチバイブレーター
であり、これはトランジスタで構成してもよいが、TT
LICを用いた方が便利となる。In the same circuit, 190 is a monostable multivibrator, which may be composed of transistors, but TT
It is more convenient to use LIC.
具体的にはSN74121(TI)を使うことができる
。Specifically, SN74121 (TI) can be used.
単安定マルチバイブレーター190から送出される波形
は、第4図dに示すようにパルス巾が一定なものである
。The waveform sent out from the monostable multivibrator 190 has a constant pulse width, as shown in FIG. 4d.
同回路の記号Cは同期信号であり、ミラー3の振動の状
態により単安定マルチバイフレータ190をセットしま
たはリセットする。Symbol C in the circuit is a synchronization signal, which sets or resets the monostable multibiflator 190 depending on the vibration state of the mirror 3.
この場合は、アナログスイッチは不要となる。In this case, an analog switch is not required.
つぎに計数部の詳細を説明する。Next, details of the counting section will be explained.
これは、16進のカウンターIcを使うことができる。This can use a hexadecimal counter Ic.
このため、4ビットバイナリカウンターSN7493N
(TI社)を使用できる。For this reason, the 4-bit binary counter SN7493N
(TI Company) can be used.
また後段に使用するICの種類により10進カウンター
SN7490Nを利用してもよい。Furthermore, a decimal counter SN7490N may be used depending on the type of IC used in the subsequent stage.
以下、ここに挙げるICは一例であって、相互に変換す
ることは自由である。The ICs listed below are just examples, and can be freely converted.
第12図にその接続図を示す。Fig. 12 shows the connection diagram.
同図において211,212,213はたとえばSN7
493N(TI社)、TD3493AP(東芝)、M5
3293(三菱)などを利用する。In the figure, 211, 212, 213 are, for example, SN7
493N (TI), TD3493AP (Toshiba), M5
Use 3293 (Mitsubishi) etc.
R01,R02はリセット端子であり、計数開始時にワ
ンショットパルスを加え、後は0vに保持する。R01 and R02 are reset terminals, which apply a one-shot pulse at the start of counting and are then held at 0V.
InBはインプットB端子で、アウトプットA端子に接
続される。InB is the input B terminal and is connected to the output A terminal.
したがって、211は4ビットバイナリカウンターとし
て作用し、出力A,B,C,Dは20,21、22、2
3に対応する。Therefore, 211 acts as a 4-bit binary counter, and the outputs A, B, C, D are 20, 21, 22, 2
Corresponds to 3.
212および213も同様に構成され出力端子A,B,
C,D;A,B,C,Dは24、25・・・・・・・・
・211に対応する。212 and 213 are similarly configured and have output terminals A, B,
C, D; A, B, C, D are 24, 25...
・Compatible with 211.
このようにして計数部を構成できる。The counting section can be constructed in this way.
つぎに減算部300は2つのカウント数の減算を行なう
。Next, the subtraction unit 300 subtracts the two counts.
すなわち、のカウント数を上述の計算部で得ることがで
きる。That is, the count number of can be obtained by the above-mentioned calculation section.
この場合、t1およびt2は上述したように単安定マル
チバイブレーター190のセットおよびリセットにより
与えられる。In this case, t1 and t2 are provided by setting and resetting monostable multivibrator 190 as described above.
この減算はT3026、TM4006、TM4350(
東芝)などの加減算ICを組み合わせることにより遂行
できる。This subtraction applies to T3026, TM4006, TM4350 (
This can be accomplished by combining addition/subtraction ICs such as Toshiba).
この結果として、 を得ることになる。As a result of this, You will get .
また、400は上述した乗除算部である。Further, 400 is the multiplication/division unit described above.
第10図はこの演算に利用する素子の配線図であり、こ
こでは、6ビットマルチプライヤーのSN7497Nを
411,412および413に使用している。FIG. 10 is a wiring diagram of the elements used in this calculation. Here, 6-bit multipliers SN7497N are used for 411, 412, and 413.
この素子において、入力A,B,C,D,E,Fは20
、21、22、23、24、25に対応し、入力値をX
A,XB,XC,XD,XE,XFとする。In this element, inputs A, B, C, D, E, F are 20
, 21, 22, 23, 24, 25, and set the input value to
A, XB, XC, XD, XE, and XF.
図中finは入力クロック周波数を示す。In the figure, fin indicates the input clock frequency.
クロツク信号はクロック端子Ckに供給される。A clock signal is supplied to clock terminal Ck.
Stはストローブ端子である。ZOは出力であり、YO
はその反転出力である。St is a strobe terminal. ZO is the output and YO
is its inverted output.
また、EIはイネーブル入力、Caはカスケード入力で
ある。Further, EI is an enable input, and Ca is a cascade input.
これをそれぞれ“0”、“1”の状態とすると、ZO出
力端子には、
の出力周波数で与えられるパルスを取り出すことができ
る。When these are set to "0" and "1" states, respectively, a pulse given at an output frequency of can be extracted from the ZO output terminal.
この素子は6ビットであるから、所望の桁数を得るため
にはこれをカスケード接続すればよい。Since this element is 6 bits, it can be cascaded to obtain the desired number of digits.
すなわち、次段のStおよびEIを前段のEO(イネー
ブル出力)に、CaをZOに接続すればよい。That is, it is sufficient to connect St and EI of the next stage to EO (enable output) of the previous stage, and connect Ca to ZO.
第10図においては3段接続した例例を示すもので、こ
れで18ビットに拡大される。FIG. 10 shows an example in which three stages are connected, which is expanded to 18 bits.
すなわち、A端子411からF端子413までの入力信
号をXj(j=1、・・・・・・・・・、18)とする
と、
(Xj=0、1)
のパルスを413の2出力またはY出力にとり出すこと
ができる。In other words, if the input signal from the A terminal 411 to the F terminal 413 is Xj (j = 1, ......, 18), the pulse of (Xj = 0, 1) is output from the two outputs of 413 or It can be taken out as Y output.
第11図は乗算をするための接続図であり、同図におい
て、414,415はSN7497Nとする。FIG. 11 is a connection diagram for multiplication, and in the figure, 414 and 415 are SN7497N.
414,415のStは共通にし、クロツクパルスを導
く。St of 414 and 415 are made common and lead the clock pulse.
EI,Caが“0”および“1”であるのは前と同様で
あり異なるのは414の2出力を415のクロツク端子
に導いていることである。EI and Ca are "0" and "1" as before, but the difference is that the two outputs of 414 are led to the clock terminal of 415.
X=XA+2XB+・・・・・・・・・25YF(41
4)Y−YA+2YB+・・・・・・・・・25YF(
415)とすると、414の出力パルス周波数fxは前
述したように
である。X=XA+2XB+・・・・・・・・・25YF(41
4)Y-YA+2YB+・・・・・・・・・25YF(
415), the output pulse frequency fx of 414 is as described above.
これをクロツク端子415に導入するがら、415のZ
出力fyは、
となる。While introducing this to the clock terminal 415,
The output fy is as follows.
すなわち、XとYの乗算ができたわけである。In other words, we have successfully multiplied X and Y.
これは6ビットどおしの図であるが、414およぴ41
5は第10図に示すように多数個のカスケード接続に置
き換えることができる。This is a 6-bit diagram, but 414 and 41
5 can be replaced by multiple cascade connections as shown in FIG.
これにより、X,Yそれぞれ所望のビット数を与えるこ
とができる。Thereby, a desired number of bits can be given to each of X and Y.
つぎに、除算回路を構成するのであるが、その前にアッ
プダウンカウンターの接続につき説明する。Next, we will configure the division circuit, but before that we will explain the connection of the up/down counter.
第13図は、ビツト数を増加させるためのカスケード接
続である。FIG. 13 shows a cascade connection for increasing the number of bits.
これは、たとえばSN74192を使用できる。This can use SN74192, for example.
L0はロード端子であり、またCrはクリヤ一端子であ
る。L0 is a load terminal, and Cr is a clear terminal.
LOを“1”にCrを“0”に設定すると、素子はパル
ス数をカウントし始める。When LO is set to "1" and Cr is set to "0", the element starts counting the number of pulses.
+は+入力端子、−は−人力端子である。+ is a + input terminal, - is a - manual terminal.
Caはキャリー出力、Brはボロウ出力である。Ca is a carry output, and Br is a borrow output.
A,B,C,Dは2進化10進法による出力端子である
。A, B, C, and D are output terminals based on binary coded decimal system.
+端子にf1の周波数のパルスを入れると、カウント数
は増加し、10個毎にキャリー信号を送出する。When a pulse with a frequency of f1 is input to the + terminal, the count increases and a carry signal is sent every 10 times.
一端子にf2のパルスを加えると、カウント数は減少し
、10個ごとにボロウ信号が送出される。When a pulse of f2 is applied to one terminal, the count decreases and a borrow signal is sent every 10 times.
これをカスケード接続すると、任意のビツト数で+入力
と−入力パルスの差をカウント・できる。By cascading these, you can count the difference between the + input and - input pulses using any number of bits.
但し、このときf1とf2は位相がズレていなければな
らない。However, at this time, f1 and f2 must be out of phase.
この場合、SN74192のかわりとしてHD2541
(日立)、M53392N(三菱)MB457(富士通
)、TD34192AP(東芝)μPB2192D(日
電)などを使用することもできる。In this case, HD2541 is used instead of SN74192.
(Hitachi), M53392N (Mitsubishi), MB457 (Fujitsu), TD34192AP (Toshiba), μPB2192D (Nichiden), etc. can also be used.
また、10進出力ではなく16進で得たい場合にはSN
74193N,HD2542、
M53393P,MB456、μPB2193Dを、用
いることができる。Also, if you want to obtain hexadecimal power instead of decimal power, SN
74193N, HD2542, M53393P, MB456, μPB2193D can be used.
第14図は乗除算回路の一例を示す図であり同図におい
て401はクロックパルス発生器であり、同一周波数で
位相の異なるクロツク信号を送出するものである。FIG. 14 is a diagram showing an example of a multiplication/division circuit. In the figure, 401 is a clock pulse generator which sends out clock signals having the same frequency but different phases.
420は第10図において示したようにマルチプライヤ
ーICを数個カスケード接続したものである。420 is a cascade connection of several multiplier ICs as shown in FIG.
X1は入力端子であり、第10図ではA,B・・・・・
・・・・と記したものである。X1 is an input terminal, and in Fig. 10, A, B...
It is written as...
Ckはクロツク入力、Siはストロープ入力、ZOはZ
出力である。Ck is clock input, Si is strobe input, ZO is Z
This is the output.
この出力f1は次式で表わせる。This output f1 can be expressed by the following equation.
但し、
X1=XA+2XB+・・・・・・・・・+XN2n−
1 (420)425,430,440も同様にSN7
497Nのカスケード接続を示している。However, X1=XA+2XB+・・・・・・・・・+XN2n−
1 (420) 425, 430, 440 are also SN7
497N cascade connection is shown.
425の入力をX2とすると、425の出力は、で与え
られる周波数のパルスである。If the input of 425 is X2, the output of 425 is a pulse with a frequency given by .
同様に、430の入力をY1、440の入力をZとすれ
ば、430の出力パルス周波数は、で与えられる。Similarly, if the input of 430 is Y1 and the input of 440 is Z, the output pulse frequency of 430 is given by:
450は前述のアップダウンカウンターのカスケード接
続(第11図)である。450 is a cascade connection (FIG. 11) of the above-mentioned up/down counters.
アップダウンカウンターは負パルスを数えるので、42
5および440の出力は反転出力YOからパルス信号を
とる。The up/down counter counts negative pulses, so 42
The outputs of 5 and 440 take pulse signals from the inverted output YO.
アップダウンカウンターの出力Zは、440の入力Zに
それぞれ接続される。Outputs Z of the up-down counters are connected to inputs Z of 440, respectively.
このような接続構成によると、アップダウンカウンター
は、
となるように機能する。According to this connection configuration, the up-down counter functions as follows.
すなわち、450の出力Zは一定になるように機能する
のである。In other words, the output Z of 450 functions to be constant.
以下説明する。This will be explained below.
たとえば、f2>f4とすれば、+のカウントが増加し
、450の出力Zはその分だけ増加する。For example, if f2>f4, the + count increases and the output Z of 450 increases by that amount.
すると、440にこの信号が導入されるので、f4が増
加し、そして、f4はf4=f2になるまで増加する。Then, since this signal is introduced at 440, f4 increases, and f4 increases until f4=f2.
逆に、f2<f4とすれば、−のカウントが増加するの
で、Zが減少する。Conversely, if f2<f4, the - count increases, so Z decreases.
すると、f4が減少し、これはf4=f2になるまで減
少するのである。Then, f4 decreases until f4=f2.
ここで、上記の式より次式を得る。X1X2=ZY1 すなわち、次式のようになる。Here, the following equation is obtained from the above equation. X1X2=ZY1 That is, the following equation is obtained.
この場合、X1,X2,Y1は任意に与えることができ
、ここに乗除演算ができることとなる。In this case, X1, X2, and Y1 can be given arbitrarily, and multiplication and division operations can be performed here.
ここに、X1入力として基準周波数f1を入れる。Here, the reference frequency f1 is input as the X1 input.
X2入力としてビートカウント数、を入れる。Input the beat count number as the X2 input.
Y1入力としてビートカウント数の差を入れると、次式
を得る。If the difference in beat counts is input as Y1 input, the following equation is obtained.
Z=f0 すなわち、X1は に固定接続しておけばよい。Z=f0 In other words, X1 may be fixedly connected to .
X2入力は第12図に示す計算結果をそのまま端子に導
入することによりなされる。The X2 input is performed by directly introducing the calculation result shown in FIG. 12 into the terminal.
Y1入力は減算部300の結果を入れればよいのである
。The result of the subtraction unit 300 may be input as the Y1 input.
第14図に示す回路の利点は、Z出力がX2,Y1の変
動にともなって直ちに乗除算結果を与えるということで
ある。The advantage of the circuit shown in FIG. 14 is that the Z output immediately provides the multiplication/division results as X2 and Y1 change.
すなわち、セット、リセットを頻繁に繰り返す必要がな
いということである。In other words, there is no need to repeat setting and resetting frequently.
つぎに、表示部500について説明する。Next, the display section 500 will be explained.
第15図はその一例を示す図であり、同図において53
1,532は表示管である。FIG. 15 is a diagram showing an example of this, and in the same figure, 53
1,532 is a display tube.
その他、LED液晶などを使用してもよい。Alternatively, an LED liquid crystal or the like may be used.
521,522はBCDデシマルテコーダドライバーI
Cである。521 and 522 are BCD decimal recorder driver I
It is C.
第14図において、Z出力は2進化10進法(BCD)
で得ているので、これを相互接続すればよい。In Figure 14, the Z output is binary coded decimal (BCD)
Since it is obtained by , all you have to do is interconnect these.
第14図において、450として4−Bitカウンター
のカスケード接続を使用した場合には、2進数を2進化
10進数になおす必要がある。In FIG. 14, if a cascade connection of 4-Bit counters is used as 450, it is necessary to convert the binary number into a binary coded decimal number.
521,522に利用できるICは表示管531,53
2の仕様により異なることはもちろんである。ICs that can be used for 521 and 522 are display tubes 531 and 53.
Of course, it differs depending on the specifications of 2.
表示管531,532は10個の数字を含むものである
から、7セグメント表示管でもよい。Since the display tubes 531 and 532 include 10 numbers, they may be 7-segment display tubes.
この場合、多種類の選択ができるので、例を挙げるのは
省略する。In this case, many types of selections are possible, so examples will be omitted.
以上、第8図に示すブロック図の各構成部分を説明した
。Each component of the block diagram shown in FIG. 8 has been described above.
これは、ディテクター55,56および57の受信信号
に含まれるビートカウントを別別に計数し、その差をと
り除乗算を行なうところに大きな特徴を有するものであ
る。This method has a major feature in that the beat counts included in the signals received by the detectors 55, 56, and 57 are counted separately, and the difference is calculated to perform division and multiplication.
しかし、3つのビートカウントC0,C+、C−は、 は互に非常に接近している。However, the three beat counts C0, C+, C- are are very close to each other.
なぜならば、だからである。Because, because.
106回の計数で1程度の相違が生ずるのであるから、
3つの計数回路200(第8図)はほゞ同じものを計算
する。Since there is a difference of about 1 after 106 counts,
The three counting circuits 200 (FIG. 8) calculate substantially the same thing.
これは、無駄である。This is a waste.
第6図はこの点を改良した回路例を示す図であり同図に
おいて200は計数、400は乗除算、500は表示部
、520はアップ・ダウンカウンターのカスケード接続
(第13図参照)である。Figure 6 is a diagram showing an example of a circuit that improves this point. In the figure, 200 is a counting unit, 400 is a multiplication/division unit, 500 is a display unit, and 520 is a cascade connection of up/down counters (see Figure 13). .
計数部1は一つに減り、これは のみを計数する。Counting part 1 is reduced to one, which is Count only.
アップダウンカウンターの+入力、−入力にはC0とC
+またはC−を接続する。C0 and C are used for the + and – inputs of the up/down counter.
Connect + or C-.
すると、250のカスケード数は200の計数部よりか
なり短くできる。The cascade number of 250 can then be much shorter than the 200 counters.
つまり、
106≒220
であるから、6ビットカウンターであれば4個4ビット
カウンターであれば5個減らすことができる。In other words, since 106≈220, a 6-bit counter can be reduced by 4, and a 4-bit counter can be reduced by 5.
さて、250の出力と200の比にf1を掛ける計算を
400で遂行するのは前述のとおりである。Now, as described above, the calculation of multiplying the output of 250 and the ratio of 200 by f1 is performed using 400.
すなわち、 である。That is, It is.
最後に、可動ミラー3の横ブレを補償するための実施例
を説明する。Finally, an embodiment for compensating for lateral shake of the movable mirror 3 will be described.
ビートカウントCは、 である。The beat count C is It is.
Sはビームの当る部分のミラーがt1からt2までに移
動した距離である。S is the distance that the mirror in the area hit by the beam has moved from t1 to t2.
v(t)が変動してもSが3つの光束につき共通でさえ
あればビートカウント間に適正な比率で維持される。Even if v(t) varies, as long as S is common to the three beams, a proper ratio is maintained between beat counts.
第19図は振動ミラーの振幅を表わす図である。FIG. 19 is a diagram showing the amplitude of the vibrating mirror.
3つの光束は、ミラーが前進したときはそれぞれk,m
,o点で反射され、ミラーが後退時には、l,n,pで
反射されるとする。When the mirror moves forward, the three beams become k and m, respectively.
, o, and when the mirror retreats, it is reflected at l, n, and p.
カウント時間をたとえはミラーの振動の半周期に設定す
れは、ミラーの移動距離Sはそれぞれkl,mn,op
の長さに等しい。For example, if the count time is set to half the period of the vibration of the mirror, the moving distance S of the mirror is kl, mn, op, respectively.
equal to the length of
故に、図中のaのようなミラーのブレに対してはビーム
カウント数の比は適正であり得る。Therefore, the ratio of the beam counts can be appropriate for mirror blur as shown in a in the figure.
図aでは、kl=■=■だからである。This is because in Figure a, kl=■=■.
実際、光軸に垂直に振動面を有しないとビート振動が生
じないが僅かな角度のズレを考えているのである。In fact, beat vibration will not occur unless the vibration surface is perpendicular to the optical axis, but we are considering a slight angular deviation.
しかし、第19図bのようなミラーの振幅に対しては補
正の必要がある。However, it is necessary to correct the amplitude of the mirror as shown in FIG. 19b.
ただし、このときでも光束の間隔を等しくとっているの
で、
である。However, even in this case, the intervals between the luminous fluxes are kept equal, so .
■=So ■=So−S1、■=So+S1 とお
くことができる。■=So ■=So−S1, ■=So+S1.
光軸mnに零次変調光f0を光軸kl,opに±一次変
調光f±を伝播させるとすると、重大な欠陥が発生する
。If zero-order modulated light f0 is propagated along the optical axis mn and ±first-order modulated light f± is propagated along the optical axes kl and op, a serious defect will occur.
つまり、この時、次式が成立する。That is, at this time, the following equation holds true.
である。It is.
この3つの数のいがなる加減組合わせによっても、f1
S0とS1f0を分離することができない。Depending on the combination of these three numbers, f1
S0 and S1f0 cannot be separated.
求めたいのはf1S0であり、f0S1は横ブルによる
誤差である。What we want to find is f1S0, and f0S1 is the error due to horizontal bull.
f1/f0≒10−6〜10−7であるから、これを除
くためには、S1/S0≪10−6に抑制する必要があ
る。Since f1/f0≈10-6 to 10-7, in order to eliminate this, it is necessary to suppress S1/S0≪10-6.
そこで零次変調光(f0)を一方の端に導くことにする
。Therefore, the zero-order modulated light (f0) is guided to one end.
たとえばklに零次変調光、mnに±変調光、OPに一
変調光の光軸を一致させるものとする。For example, it is assumed that the optical axes of the zero-order modulated light are aligned with kl, the ± modulated light is aligned with mn, and the one-modulated light is aligned with OP.
このときカウント数は次式のようになる。At this time, the count number is as follows.
を得る。get.
これの一次結合を考えると、次式を得る。Considering this linear combination, we get the following equation.
ここで、S0≫S1であるから、この値はほぼf1S0
である。Here, since S0≫S1, this value is approximately f1S0
It is.
故に、前記の問題点を解消できる。第17図は、この方
法にもとずく改良回路のブロック図であり、同図におい
て、240は、1/2分周回路であり、フリツプフロツ
プを利用して構成できる。Therefore, the above-mentioned problems can be solved. FIG. 17 is a block diagram of an improved circuit based on this method. In the figure, 240 is a 1/2 frequency divider circuit, which can be constructed using a flip-flop.
上、下の200はC0、C−のカウントパルスを与え、
中央の200はC+のカウントパルスを与える。The upper and lower 200 give C0 and C- count pulses,
The middle 200 provides a C+ count pulse.
C0,C−は1/2分周を受け、350でC+に加えら
れる。C0, C- undergoes a 1/2 divide and is added to C+ at 350.
この結果、■dを得るから、 を計算すればよいのは明らかである。As a result, we get ■d, so It is obvious that we only need to calculate .
400,500は以前と同様である。400 and 500 are the same as before.
第17図のブロック図は、第8図のブロック図の発明に
対応している。The block diagram of FIG. 17 corresponds to the invention of the block diagram of FIG.
アップダウンカウンターを使用する第16図の回路にお
いても、2つのアツプダウンカウンターに、C+とC0
およびC+とC−を接続すれば同じ効果を得ることがで
きる。In the circuit shown in Fig. 16 that uses up-down counters, the two up-down counters have C+ and C0.
The same effect can be obtained by connecting C+ and C-.
このとき、通常のカウンタ一部はC0を計数する。At this time, a part of the normal counter counts C0.
これは変わらない。This will not change.
すなわち、一次変調光(f0±f1)と零次変調光(f
0)の光束を同一平面内に含まれる平行等間隔の光軸に
沿わせ、真中の光軸は変調光のいずれかに対応させれば
よいのである。That is, the first-order modulated light (f0±f1) and the zero-order modulated light (f
0) along parallel and equally spaced optical axes included in the same plane, and the central optical axis should correspond to one of the modulated lights.
真中のカウント数に対し両端のカウント数は1/2に数
えればよいのである。The count numbers at both ends need only be counted to 1/2 of the count number in the middle.
1/3の除算は演算部400を若干変更することにより
容易にできる。Division by 1/3 can be easily performed by slightly modifying the arithmetic unit 400.
たとえば、1/3分周器を挿入すればよいのである。For example, a 1/3 frequency divider can be inserted.
以上説明したように、本発明によると、光、マイクロ波
、音波などの波動を直接的に、しかも正確に知ることが
でき、しかも、一個の装置により多種の波動の周波数を
知ることができ汎用性が向上するなど多大なる効果を奏
する。As explained above, according to the present invention, it is possible to directly and accurately know the waves of light, microwaves, sound waves, etc., and moreover, it is possible to know the frequencies of various types of waves with one device, making it possible to use a general-purpose device. It has great effects such as improving sexual performance.
第1図は本発明による周波数測定方法の原理を説明する
ための説明図、第2図は本発明の実施例を示す図、第3
図は他の実施例を示す図、第4図は各部の電圧波形を示
す図、第5図は圧電物質を利用した可動ミラーの断面図
、第6図はカムを利用した可動ミラーの断面図、第7図
は電磁界を利用した可動ミラーの側面図、第8図は、本
発明に使用される電子回路のブロック図、第9図は増幅
、波形整形回路図、第10図は、乗算用ICのカスケー
ド接続図、第11図は、乗算用ICの乗算接続図、第1
2図は4ビットバイナリカウンターICの接続図、第1
3図は4ビットアップダウンカウンターのカスケード接
続図、第14図は、本発明に利用される除乗演算のIC
フロック図、第15図は表示部の一例を示す図、第16
図はアップ・ダウンカウンターを利用した電子回路のブ
ロック図、第17図は本発明を改良した電子回路のブロ
ック図、第18図はレーザーとミラーの横ズレを考察す
るための概略図、第19図はミラーの振幅偏位について
考察するための図である。
1・・・・・・レーザー、7,72・・・・光変調器、
63〜68・・・・・・ハーフミラー、3・・・・・可
動ミラー、4・・・・・・固定ミラー、91〜93・・
・・・・フィルター、52〜57・・・・・・検出器、
100・・・・・・増巾・波形整形部、200・・・・
・計数部、250・・・・・差周波数計数部、300,
350・・・・・減算部、400・・・・・・乗除算部
、500・・・・・表示部、411〜415・・・・・
乗算IC、211〜213・・・・・計数IC、251
〜252・・・・・アップダウンカウンターIC。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the frequency measurement method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure shows another embodiment, Figure 4 shows voltage waveforms at various parts, Figure 5 is a cross-sectional view of a movable mirror using piezoelectric material, and Figure 6 is a cross-sectional view of a movable mirror using a cam. , Fig. 7 is a side view of a movable mirror using electromagnetic field, Fig. 8 is a block diagram of an electronic circuit used in the present invention, Fig. 9 is an amplification and waveform shaping circuit diagram, and Fig. 10 is a multiplication Figure 11 is a cascade connection diagram of a multiplication IC, and Figure 1 is a multiplication connection diagram of a multiplication IC.
Figure 2 is the connection diagram of a 4-bit binary counter IC, the first
Figure 3 is a cascade connection diagram of a 4-bit up/down counter, and Figure 14 is an IC for the division operation used in the present invention.
Flock diagram, Figure 15 is a diagram showing an example of the display section, Figure 16 is a diagram showing an example of the display section.
Figure 17 is a block diagram of an electronic circuit using an up/down counter, Figure 17 is a block diagram of an electronic circuit improved by the present invention, Figure 18 is a schematic diagram for considering lateral misalignment of the laser and mirror, Figure 19 The figure is a diagram for considering the amplitude deviation of the mirror. 1... Laser, 7, 72... Optical modulator,
63-68...half mirror, 3...movable mirror, 4...fixed mirror, 91-93...
... Filter, 52-57 ... Detector,
100... Width increase/waveform shaping section, 200...
- Counting section, 250... Difference frequency counting section, 300,
350...Subtraction section, 400...Multiplication/division section, 500...Display section, 411-415...
Multiplication IC, 211-213... Counting IC, 251
~252...Up-down counter IC.
Claims (1)
ミラー63,64、65により3つに分割し、かつフィ
ルター91,92、93により零次変調光と士一次変調
光とに分離した後、それぞれの光束をさらにハーフミラ
ーにより2つに分割しそれぞれ固定ミラー4と可動ミラ
ー3により反射させた後、再度合成し、ドップラー効果
により生じたビート信号を光検出器55,56,57で
検出すると共に計数した後、コヒーレント光束またはマ
イクロ波の一方の周波数を既知として他方の周波数を計
算することを特徴とする周波数測定方法。 2 超音波で変調されたコヒーレント光束を、レンズ7
5により平行なる光束にした後、ここに分離されたハー
フミラー66,67,68により2つに分割し、それぞ
れ固定ミラー4と可動ミラー3により反射させた後再度
合成し、ドップラー効果により生じたビート信号を光検
出器55,56,57により検出し、計数した後、コヒ
ーレント光束または超音波の一方の周波数を既知として
他方の周波数を計算することを特徴とする周波数測定方
法。[Claims] 1. A coherent light beam modulated by microwaves is divided into three by half mirrors 63, 64, and 65, and separated into zero-order modulated light and first-order modulated light by filters 91, 92, and 93. After that, each light beam is further divided into two by a half mirror, reflected by a fixed mirror 4 and a movable mirror 3, and then combined again, and a beat signal generated by the Doppler effect is transmitted to photodetectors 55, 56, 57. 1. A frequency measurement method characterized in that after detecting and counting the frequency of one of the coherent light beams or microwaves as known, the frequency of the other is calculated. 2. The coherent light beam modulated by the ultrasonic wave is transmitted to the lens 7.
5, the beam is made into a parallel beam, and then divided into two by the half mirrors 66, 67, and 68 separated here, reflected by the fixed mirror 4 and the movable mirror 3, and then combined again. A frequency measuring method characterized in that after detecting and counting beat signals by photodetectors 55, 56, 57, one frequency of a coherent light beam or an ultrasonic wave is known and the frequency of the other is calculated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5313475A JPS584295B2 (en) | 1975-05-06 | 1975-05-06 | How to do it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5313475A JPS584295B2 (en) | 1975-05-06 | 1975-05-06 | How to do it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS51129245A JPS51129245A (en) | 1976-11-10 |
JPS584295B2 true JPS584295B2 (en) | 1983-01-25 |
Family
ID=12934337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5313475A Expired JPS584295B2 (en) | 1975-05-06 | 1975-05-06 | How to do it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS584295B2 (en) |
-
1975
- 1975-05-06 JP JP5313475A patent/JPS584295B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS51129245A (en) | 1976-11-10 |
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