JPH01265108A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH01265108A JPH01265108A JP9377588A JP9377588A JPH01265108A JP H01265108 A JPH01265108 A JP H01265108A JP 9377588 A JP9377588 A JP 9377588A JP 9377588 A JP9377588 A JP 9377588A JP H01265108 A JPH01265108 A JP H01265108A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 101000736368 Homo sapiens PH and SEC7 domain-containing protein 4 Proteins 0.000 description 1
- 102100036232 PH and SEC7 domain-containing protein 4 Human genes 0.000 description 1
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、投光手段から検知エリアに投光される光ビー
ムの被検知物体による反射光を、投光手段の側方に所定
距離をもって配置された受光手段にて受光し、受光手段
出力に基づいて検知エリア内の被検知物体までの距離の
変位を測定するようにした三角測量方式の光学式変位測
定装置に関するものである。
ムの被検知物体による反射光を、投光手段の側方に所定
距離をもって配置された受光手段にて受光し、受光手段
出力に基づいて検知エリア内の被検知物体までの距離の
変位を測定するようにした三角測量方式の光学式変位測
定装置に関するものである。
［従来の技術］
従来、この種の三角測量方式の光学式変位測定装置は、
第２図及び第３図に示すように構成されており、被検知
物体Ｘに対して光ビームＰを投光する投光手段１は、投
光タイミングを設定するクロックパルスを発生する発振
回路１０、投光用発光素子１２を駆動するドライブ回路
１１および凸レンズよりなる投光用光学系１３にて形成
されており、投光用発光素子１２から発せられる光を投
光用光学系１３にて光ビームＰに成形して検知エリアに
投光するようになっている。この投光手段１から所定距
離１０をもって側方に配設され被検知物体Ｘによる光ビ
ームＰの反射光Ｒを集光する受光用光学系３は凸レンズ
にて形成されている。この受光用光学系３の集光面に配
設され集光スポットＳの位置（距離ｒに対応してＭ方向
に移動する）に対応した相反する一対の位置信号Ｉ Ａ
、 ＩＢを出力する位置検出素子４は、例えば１次元位
置検出素子（以下、ＰＳＤ４と称する）にて形成されて
おり、この位置信号Ｉ Ａｎ Ｉ 、は相反した電流信
号となっている。ＰＳＤ４の出力に基づいて被検知物体
Ｘまでの距離ｌの変位を演算する演算手段５は、ＰＳＤ
４から構成される装置信号（相反する電流信号Ｉ Ａ、
Ｉ ａ）をそれぞれ増幅して電圧信号” Ａ ＋ ”
Ｂに変換する受光回路２１ａ、２１ｂと、受光回路２
１ａ、２１ｂの出力レベルを発振回路１０の出力に基づ
いてチエツク（クロックパルスに同期してレベルを判定
）するレベル検出回路２２ａ、２２ｂと、レベル検出回
路２２ａ、２２ｂの出力（位置信号ＩＡ。
第２図及び第３図に示すように構成されており、被検知
物体Ｘに対して光ビームＰを投光する投光手段１は、投
光タイミングを設定するクロックパルスを発生する発振
回路１０、投光用発光素子１２を駆動するドライブ回路
１１および凸レンズよりなる投光用光学系１３にて形成
されており、投光用発光素子１２から発せられる光を投
光用光学系１３にて光ビームＰに成形して検知エリアに
投光するようになっている。この投光手段１から所定距
離１０をもって側方に配設され被検知物体Ｘによる光ビ
ームＰの反射光Ｒを集光する受光用光学系３は凸レンズ
にて形成されている。この受光用光学系３の集光面に配
設され集光スポットＳの位置（距離ｒに対応してＭ方向
に移動する）に対応した相反する一対の位置信号Ｉ Ａ
、 ＩＢを出力する位置検出素子４は、例えば１次元位
置検出素子（以下、ＰＳＤ４と称する）にて形成されて
おり、この位置信号Ｉ Ａｎ Ｉ 、は相反した電流信
号となっている。ＰＳＤ４の出力に基づいて被検知物体
Ｘまでの距離ｌの変位を演算する演算手段５は、ＰＳＤ
４から構成される装置信号（相反する電流信号Ｉ Ａ、
Ｉ ａ）をそれぞれ増幅して電圧信号” Ａ ＋ ”
Ｂに変換する受光回路２１ａ、２１ｂと、受光回路２
１ａ、２１ｂの出力レベルを発振回路１０の出力に基づ
いてチエツク（クロックパルスに同期してレベルを判定
）するレベル検出回路２２ａ、２２ｂと、レベル検出回
路２２ａ、２２ｂの出力（位置信号ＩＡ。
１、のレベルに１：１に対応するので、以下において、
Ｉ Ａ、Ｉ ｓと称する）の減算を行う減算回路２３と
、レベル検出回路２２ａ、２２ｂの出力Ｉ Ａ、 １．
の加算を行う加算回路２４と、減算回路２３から出力さ
れる第１の信号（ＩＡ Ｉｓ）と、加算回路２４から
出力される第２の信号（■＾＋Ｉｓ）との比率を演算す
る除算回路２５とで形成されており、除算回路２５から
測距信号ＬＯ（＝（ＩＡ ＩＢ）／（ＩＡ＋ｌ５））
が出力されるようになっている。なお、上述のＰＳＤ４
に代えて、２個のフォトダイオードをＭ方向（集光スポ
ットＳの移動方向）に連設したものを用いて各フォトダ
イオード出力を位置信号Ｉ Ａ、 １．とじても良いこ
とは言うまでもない。
Ｉ Ａ、Ｉ ｓと称する）の減算を行う減算回路２３と
、レベル検出回路２２ａ、２２ｂの出力Ｉ Ａ、 １．
の加算を行う加算回路２４と、減算回路２３から出力さ
れる第１の信号（ＩＡ Ｉｓ）と、加算回路２４から
出力される第２の信号（■＾＋Ｉｓ）との比率を演算す
る除算回路２５とで形成されており、除算回路２５から
測距信号ＬＯ（＝（ＩＡ ＩＢ）／（ＩＡ＋ｌ５））
が出力されるようになっている。なお、上述のＰＳＤ４
に代えて、２個のフォトダイオードをＭ方向（集光スポ
ットＳの移動方向）に連設したものを用いて各フォトダ
イオード出力を位置信号Ｉ Ａ、 １．とじても良いこ
とは言うまでもない。
そして、この測距信号Ｌ０をＡ／Ｄ変換回路２６でデジ
タル信号に変換し、演算用のＣＰＵ２７へ送ることで、
リニアライズ、比較等、各種の測距信号処理を行ってい
た。
タル信号に変換し、演算用のＣＰＵ２７へ送ることで、
リニアライズ、比較等、各種の測距信号処理を行ってい
た。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、上述のような従来の光学式変位測定装置にお
いては、除算回路２５を使用しているが、−ｍに除算回
路は特殊な乗算用ＩＣ（例えばインターシル社のＩＣＬ
８０１３）を用いて構成されるので、回路のコストが高
くなるという問題があった。また、このような乗算用Ｉ
Ｃは一般に温度安定性が悪く、ダイナミックレンジが狭
く、応答速度が遅く、リニアリティが悪い等の特性面で
の問題がある。一方、減算回路２３と加算回路２４を構
成する演算増幅用のＩＣは、乗算用ＩＣに比べると１／
１０以下の価格でありながら、温度特性、ダイナミック
レンジ、応答速度、リニアリティ等の電気特性は乗算用
ＩＣに比べて非常に優れている。したがって、除算回路
２５を用いることは測定精度に大きな影響を与え、除算
回路２５で得られる精度以上の測定精度は得られないこ
とになるという問題があった。
いては、除算回路２５を使用しているが、−ｍに除算回
路は特殊な乗算用ＩＣ（例えばインターシル社のＩＣＬ
８０１３）を用いて構成されるので、回路のコストが高
くなるという問題があった。また、このような乗算用Ｉ
Ｃは一般に温度安定性が悪く、ダイナミックレンジが狭
く、応答速度が遅く、リニアリティが悪い等の特性面で
の問題がある。一方、減算回路２３と加算回路２４を構
成する演算増幅用のＩＣは、乗算用ＩＣに比べると１／
１０以下の価格でありながら、温度特性、ダイナミック
レンジ、応答速度、リニアリティ等の電気特性は乗算用
ＩＣに比べて非常に優れている。したがって、除算回路
２５を用いることは測定精度に大きな影響を与え、除算
回路２５で得られる精度以上の測定精度は得られないこ
とになるという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、温度特性が安定で、ダイナミッ
クレンジが広く、応答速度が速く、リニアリティの優れ
た光学式変位測定装置を安価に提供することを目的とす
るものである。
の目的とするところは、温度特性が安定で、ダイナミッ
クレンジが広く、応答速度が速く、リニアリティの優れ
た光学式変位測定装置を安価に提供することを目的とす
るものである。
［課題を解決するための手段］
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図及び第２図に示すように、光ビームＰを検知エリアに
投光する投光手段１と、投光手段１の側方に所定距離を
もって配設され被検知物体Ｘによる光ビームＰの反射光
Ｒを集光する受光用光学系３と、受光用光学系３の集光
面に配設され被検知物体Ｘまでの距離ｌに応じて集光面
内で移動する集光スポットＳの位置に対応した相反する
一対の位置信号Ｉ Ａ、 ＩＢを出力する位置検出素子
４と、位置検出素子４から出力される上記一対の位置信
号Ｉ Ａ、 ＩＢを加算した第１の信号（Ｉ Ａ十Ｉ
ｅ）と、一対の位置信号Ｉ Ａ、 １．を減算した第２
の信号（ＩＡ １Ｂ）との比率を演算して被検知物体
Ｘまでの距離ｌの変位Δｉに対応する測距信号Ｌｏを得
る演算手段５とから成る光学式変位測定装置において、
第１の信号（ＩＡ＋Ｉ８）を基準電圧入力信号Ｖｒｅｆ
＝ｋ（Ｉ＾＋Ｉｎ）とし、第２の信号（■＾−Ｉｎ）を
アナログ入力信号ＶｉｎとするＡ／Ｄ変換回路２６を設
けたことを特徴とするものである。
図及び第２図に示すように、光ビームＰを検知エリアに
投光する投光手段１と、投光手段１の側方に所定距離を
もって配設され被検知物体Ｘによる光ビームＰの反射光
Ｒを集光する受光用光学系３と、受光用光学系３の集光
面に配設され被検知物体Ｘまでの距離ｌに応じて集光面
内で移動する集光スポットＳの位置に対応した相反する
一対の位置信号Ｉ Ａ、 ＩＢを出力する位置検出素子
４と、位置検出素子４から出力される上記一対の位置信
号Ｉ Ａ、 ＩＢを加算した第１の信号（Ｉ Ａ十Ｉ
ｅ）と、一対の位置信号Ｉ Ａ、 １．を減算した第２
の信号（ＩＡ １Ｂ）との比率を演算して被検知物体
Ｘまでの距離ｌの変位Δｉに対応する測距信号Ｌｏを得
る演算手段５とから成る光学式変位測定装置において、
第１の信号（ＩＡ＋Ｉ８）を基準電圧入力信号Ｖｒｅｆ
＝ｋ（Ｉ＾＋Ｉｎ）とし、第２の信号（■＾−Ｉｎ）を
アナログ入力信号ＶｉｎとするＡ／Ｄ変換回路２６を設
けたことを特徴とするものである。
［作用］
本発明にあっては、このように、第１の信号（ＩＡ十ニ
ーを基準電圧入力信号Ｖｒｅｆ＝ｋ（Ｉ Ａ＋ Ｉ Ｂ
）とし、第２の信号をアナログ入力信号Ｖｉｎ＝（ＩＡ
−Ｉｓ）とするＡ／Ｄ変換回路２６を設けたから、Ａ／
Ｄ変換回路２６から得られるデジタル出力信号は、Ｖ
ｏｕｔ ＝ Ｖ ｉｎ／ Ｖ ｒｅｒをデジタル信号化
したものとなり、従来例のような除算回路２５を用いる
ことなく、測距信号ＬＯ＝（ＩＡ ＩＢ）／（ＩＡ＋
ＩＢ）に相当するデジタル信号を得ることができるもの
である。
ーを基準電圧入力信号Ｖｒｅｆ＝ｋ（Ｉ Ａ＋ Ｉ Ｂ
）とし、第２の信号をアナログ入力信号Ｖｉｎ＝（ＩＡ
−Ｉｓ）とするＡ／Ｄ変換回路２６を設けたから、Ａ／
Ｄ変換回路２６から得られるデジタル出力信号は、Ｖ
ｏｕｔ ＝ Ｖ ｉｎ／ Ｖ ｒｅｒをデジタル信号化
したものとなり、従来例のような除算回路２５を用いる
ことなく、測距信号ＬＯ＝（ＩＡ ＩＢ）／（ＩＡ＋
ＩＢ）に相当するデジタル信号を得ることができるもの
である。
［実施例コ
第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブ 。
ロック図である。このような回路構成を採用することに
よって、上述の従来例のように除算回路２５を用いるこ
となく、第１の信号（ＩＡ＋ＴＢ）と第２の信号（ＩＡ
Ｉｓ）の比率に相当する測距信号Ｌ０のデジタル信
号化を可能としたものである。
よって、上述の従来例のように除算回路２５を用いるこ
となく、第１の信号（ＩＡ＋ＴＢ）と第２の信号（ＩＡ
Ｉｓ）の比率に相当する測距信号Ｌ０のデジタル信
号化を可能としたものである。
以下、その原理を説明する。Ａ／Ｄ変換回路２６のアナ
ログ入力信号とデジタル出力信号の関保を第４図に示す
０図中、Ｖｒｅｆは基準電圧である。
ログ入力信号とデジタル出力信号の関保を第４図に示す
０図中、Ｖｒｅｆは基準電圧である。
同図に示すように、Ａ／Ｄ変換回路２６は、基準電圧Ｖ
ｒｅｆに対してアナログ入力信号がどのような比率で
入力されているかを、複数ビット（ここでは８ビツト相
当）のデジタル出力信号に変換する回路であると考えら
れる。つまり、アナログ入力信号をＶｉｎ、デジタル出
力信号をアナログ量に換算した信号をＶｏｕＬとすると
、 となり、この信号Ｖｏｕｔをデジタル信号化することに
なる。したがって、Ａ／Ｄ変換回路２６は基準電圧Ｖｒ
ｅｆを分母とし、アナログ入力信号Ｖｉｎを分子とする
除算機能を有していることが分かる。
ｒｅｆに対してアナログ入力信号がどのような比率で
入力されているかを、複数ビット（ここでは８ビツト相
当）のデジタル出力信号に変換する回路であると考えら
れる。つまり、アナログ入力信号をＶｉｎ、デジタル出
力信号をアナログ量に換算した信号をＶｏｕＬとすると
、 となり、この信号Ｖｏｕｔをデジタル信号化することに
なる。したがって、Ａ／Ｄ変換回路２６は基準電圧Ｖｒ
ｅｆを分母とし、アナログ入力信号Ｖｉｎを分子とする
除算機能を有していることが分かる。
そこで、減算回路２３からの出力信号（ＩＡ Ｉｓ）
をアナログ入力信号Ｖｉｎとし、加算回路２４からの出
力信号（ＩＡ＋ＩＢ）をレベル変換した信号ｋ（ＩＡ＋
■−を基準電圧Ｖｒｅｆとした場合、式■よりとなり、
測距信号Ｌ０を定数にで除した信号がデジタル信号化さ
れることが分かる。この定数には次段の演算用のＣＰＵ
２７で演算処理する際に、定数ｋを乗じることにより簡
単に打ち消すことができ゛るため、測距信号Ｌ０のデジ
タル信号化を除算回路２５を用いずに行うことが可能と
なるわけである。
をアナログ入力信号Ｖｉｎとし、加算回路２４からの出
力信号（ＩＡ＋ＩＢ）をレベル変換した信号ｋ（ＩＡ＋
■−を基準電圧Ｖｒｅｆとした場合、式■よりとなり、
測距信号Ｌ０を定数にで除した信号がデジタル信号化さ
れることが分かる。この定数には次段の演算用のＣＰＵ
２７で演算処理する際に、定数ｋを乗じることにより簡
単に打ち消すことができ゛るため、測距信号Ｌ０のデジ
タル信号化を除算回路２５を用いずに行うことが可能と
なるわけである。
本実施例においては、基準電圧Ｖｒｅｆ＝ｋ（ｒ Ａ＋
■−を形成するために、基準電圧形成回路２８を用いて
いる。これは、一般にＡ／Ｄ変換回路２６は基準電圧Ｖ
ｒｅｆが所定の電圧範囲内に設定されるように仕様を規
定されているので、その電圧範囲内に加算回路２４の出
力信号（ＩＡ＋ＩＢ）が入るようにレベル変換するため
に必要とされる。
■−を形成するために、基準電圧形成回路２８を用いて
いる。これは、一般にＡ／Ｄ変換回路２６は基準電圧Ｖ
ｒｅｆが所定の電圧範囲内に設定されるように仕様を規
定されているので、その電圧範囲内に加算回路２４の出
力信号（ＩＡ＋ＩＢ）が入るようにレベル変換するため
に必要とされる。
第５図は本発明の他の実施例の要部回路図である０本実
施例にあっては、フラッシュ型のＡ／Ｄ変換回路のよう
に、正負両極性の基準電圧出Ｖｒｅｆを必要とするＡ／
Ｄ変換回路２６を用いているので、基準電圧形成回路２
８には、加算回路２４の出力信号（ＩＡ＋ＩＢ＞を基準
電圧Ｖｒｅｆ＝ｋ（Ｉ Ａ＋Ｉ ａ）にレベル変換する
増幅器２８ａと共に、この基準電圧Ｖｒｅｆを極性反転
する反転増幅器２８ｂとを備えている。これらの増幅器
２８ａや反転増幅器２８ｂなどは、演算増幅用のＩＣを
用いて簡単に構成できる。
施例にあっては、フラッシュ型のＡ／Ｄ変換回路のよう
に、正負両極性の基準電圧出Ｖｒｅｆを必要とするＡ／
Ｄ変換回路２６を用いているので、基準電圧形成回路２
８には、加算回路２４の出力信号（ＩＡ＋ＩＢ＞を基準
電圧Ｖｒｅｆ＝ｋ（Ｉ Ａ＋Ｉ ａ）にレベル変換する
増幅器２８ａと共に、この基準電圧Ｖｒｅｆを極性反転
する反転増幅器２８ｂとを備えている。これらの増幅器
２８ａや反転増幅器２８ｂなどは、演算増幅用のＩＣを
用いて簡単に構成できる。
［発明の効果］
本発明は上述のように、従来の光学式変位測定装置にお
いて用いられていた除算回路を用いずに測距信号をデジ
タル信号化することができるので、従来例のように電気
的特性が劣り高価な乗算用のＩＣを用いて除算回路を構
成する必要がなく、温度特性が安定で、ダイナミックレ
ンジが広く、応答速度が速く、リニアリティの優れた光
学式変位測定装置を安価に提供できるという効果がある
。
いて用いられていた除算回路を用いずに測距信号をデジ
タル信号化することができるので、従来例のように電気
的特性が劣り高価な乗算用のＩＣを用いて除算回路を構
成する必要がなく、温度特性が安定で、ダイナミックレ
ンジが広く、応答速度が速く、リニアリティの優れた光
学式変位測定装置を安価に提供できるという効果がある
。
第１図は本発明の一実施例のブロック回路図、第２図（
ａ）は同上に用いる測距光学系の概略構成図、同図（ｂ
）は同上に用いる位置検出素子の断面図、第３図は従来
例のブロック回路図、第４図は同上に用いるＡ／Ｄ変換
回路の動作説明図、第５図は本発明の他の実施例の要部
回路図である。 １は投光手段、３は受光用光学系、４は位置検出素子、
５は演算手段、２６はＡ／Ｄ変換回路、２８は基準電圧
形成回路である。
ａ）は同上に用いる測距光学系の概略構成図、同図（ｂ
）は同上に用いる位置検出素子の断面図、第３図は従来
例のブロック回路図、第４図は同上に用いるＡ／Ｄ変換
回路の動作説明図、第５図は本発明の他の実施例の要部
回路図である。 １は投光手段、３は受光用光学系、４は位置検出素子、
５は演算手段、２６はＡ／Ｄ変換回路、２８は基準電圧
形成回路である。
Claims (1)
- （１）光ビームを検知エリアに投光する投光手段と、投
光手段の側方に所定距離をもって配設され被検知物体に
よる光ビームの反射光を集光する受光用光学系と、受光
用光学系の集光面に配設され被検知物体までの距離に応
じて集光面内で移動する集光スポットの位置に対応した
相反する一対の位置信号を出力する位置検出素子と、位
置検出素子から出力される上記一対の位置信号を加減算
した第１の信号と、一方の位置信号あるいは一対の位置
信号を加減算した第２の信号との比率を演算して被検知
物体までの距離の変位に対応する測距信号を得る演算手
段とから成る光学式変位測定装置において、第１の信号
を基準電圧入力信号とし、第２の信号をアナログ入力信
号とするＡ／Ｄ変換回路を設けたことを特徴とする光学
式変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9377588A JPH01265108A (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9377588A JPH01265108A (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光学式変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01265108A true JPH01265108A (ja) | 1989-10-23 |
Family
ID=14091796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9377588A Pending JPH01265108A (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01265108A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63117210A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Nikon Corp | 距離測定装置 |
| JPH01233312A (ja) * | 1988-03-14 | 1989-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 光学式変位測定装置 |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP9377588A patent/JPH01265108A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63117210A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Nikon Corp | 距離測定装置 |
| JPH01233312A (ja) * | 1988-03-14 | 1989-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 光学式変位測定装置 |
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