JPH02187620A

JPH02187620A - 変位測定装置

Info

Publication number: JPH02187620A
Application number: JP803589A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hashimoto; 橋本　広嗣; Fumio Murakami; 文夫村上
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1990-07-23
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH0776697B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光ビームを測定対象に投光し、これによって生
じる光点からの反射光を用いて対象までの距離または変
位を測定する変位測定装置に関す（従来の技術）従来この種の装置は細い光ビームを測定対象に投光し、
これによって生じる対象表面上の光点からの反射光を、
光ビームと異なる方向の受光レンズにより受光し、結像
面上に結像させる。光点の変位は結像面上での入射点の
変位に対応するため、入射点の位置を光電気変換素子を
用いて検出し電気信号に変換することで、対象までの距
離または変位を求めている。

以上のように対象からの反射光を利用して測定を行なう
場合、対象表面の反射率変化により変換素子への入射強
度に変動を生じる。実際の測定においては、表面の状態
（材質、表面の仕上げ度、色変化など）により反射率が
大きく変化するため、受光強度が著しく変動してしまう
。これに対し、電気信号を処理し変位を演算する処理部
での信号の許容範囲は限られているため、受光強度を有
効な範囲に入れるための制御が必要となる。第４図に従
来このような制御に用いられるフイードパッり制御につ
いて説明する。１は積分回路、２は投光部、３は光電気
変換素子、４は最適受光レベル設定回路、Ｄは最適受光
レベル、ａは誤差信号、ｂは光ビーム、Ｃは入射光であ
る。光電気変換素子３からの電気信号がフィードバック
され、これの最適受光レベルＤとの差ａが零になるよう
に積分回路１を通した信号で光ビームｂの強度を制御し
ている。この結果対象の反射率が変化し受光光量が変化
しても、それに合わせて光ビームの強度が変化し受光光
量が一定となるように制御が働く。

（発明が解決しようとする課題）しかしこの制御は一次の制御ループとなるため、安定に
動作させるためには積分回路の応答を、変換素子などに
よる処理回路の応答周波数より十分遅くしなければなら
ない。従って対象の反射率が高速に変化した場合には、
投光強度の制御が応答しきれなくなり、安定な測定が行
えなかった。

にｉ！Ｊ！題を解決するための手段）本発明はこの課題を解決するため、積分回路を用いず乗
除算を行う演算部を用いて、その時々の受光信号から最
適となる制御量を直ちに算出することにより、高速で投
光強度の制御を行うもので、以下実施例につき図面によ
り詳細に説明する。

（実施例）第１図は本発明の実施例の構成図で、５は光源、６は投
光レンズ、１１は位置検出器、１２は加算回路、１３は
除算回路、１４は補正回路、１５は投光強度演算部であ
る。

光源５からの出射光は、投光レンズ６により細い光ビー
ムに変換され対象物体８に投射される。

投光ビーム７は対象物体の表面で反射されるが、これは
物体表面上の光点として観察される。対象物体８が矢印
Ａ、Ａ’の方向に沿って移動すれば、物体表面上の光点
の位置はＰ点の如く投光ビーム７の光軸上で移動する。

この投光ビーム７と異なる方向に反射する反射光９を受
光レンズ１０で受け、位置検出器１１の上に結像させる
。このとき光点の像の軌跡と受光面とが一致するように
位置検出器１１を配置する。結像面上での光点の像の位
置は対象物体８の変位と対応しているので、入射点の位
置を検出すればよい。

第３図は位置検出器１１の一例を示すフォトダイオード
を用いた半導体装置検出器の構成図である。１１１は高
抵抗半導体基板、１１２はｐ層（抵抗層）、１１３はｎ
層、１１４，１１５は層成に取り付けた電極である。高
抵抗半導体基板１１１の表面に均一な抵抗層１１２が形
成されており、層の両端に信号取り出し用の一対の電極
１１４．１１５が設けられている。表面層はｎ履域１１
３と同時にｐ−ｎ接合をなし、光電効果を有している。

いま電極１１５からある所に、光点からの反射光９が入
射しｌｏの光電流が生じたとすると、この電流は入射点
から画電極までの抵抗、即ち距離に逆比例して分流する
。電極１１４よりの電流な１１電＠１１５よりの電流を
Ｉ２とすれば、入射点の相対位置Ｘは、次の式で求めら
れる。

Ｘ＝　１　、／（１１＋１２）　　　　　　・・・・・
（１）ここでＩｌ＋１２＝ＩＯは、総受光量に相当する
電流である。加算回路１２、除算回路１３では、（１）
式に従い光点の位置を演算する。

次に、物体８の変位によって生じる光点の軌跡は受光レ
ンズ１０の光軸と直交していないため、その結像面上の
結像倍率は非線形となる。このため、補正回路１４でこ
の非線形性を補正した後、変位出力ｄを得る。

また投光強度演算部１５では、受光光量に相当する信号
（以下受光レベル）である加算回路１２の出力Ｒから最
適な投光強度を算出し光源の強度を制御している。これ
により、受光レベルが一定となるように投光強度を制御
することができる。

第２図は、投光強度演算に高速の乗除算回路を用いた場
合の投光強度制御の説明図であり１６は乗除算回路であ
る。加算回路１２より出力される受光レベル信号Ｒと、
最適受光レベルＤ、光源の強度を制御する信号Ｔ（以下
投光レベル）に対し乗除算回路１６で以下の演算を行い
、その出力で光源の強度を制御している。

Ｔ＝（Ｄ−Ｔ）／Ｒ投光レベルＴから受光レベルＲまで（第１図５゜７．９
，１１．１２）の伝達率をＫとすると、Ｒは以下のよう
に表わせる。

Ｒ＝Ｋ　−Ｔこの制御ループは自動平衡し、Ｒ，Ｔは以下の値で安定
する。

Ｒ＝ＤＴ＝Ｄ／に十分高速の乗除算回路を用いることによりこの制御の応
答は受光する変換素子の帯域制御のみに依存し変位測定
の応答と同じになり、高速な変位変化や反射率の変化に
も十分追従し受光レベルを一定にすることができる。

投光強度演算部に乗除算回路を用いた例について説明し
たが、受光レベルをアナログ・ディジタル変換器により
変換しディジタル的に乗除算を行い、その結果をディジ
タル・アナログ変換し投光強度を制御することも可能で
ある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、対象物体の変位
変化や表面の反射率変化に対し、高速で投光強度を変化
させ、常に一定の受光光量での測定が可能となり高精度
な変位測定装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の構成図、第２図は乗除
算回路を用いた投光強度制御の説明図、第３図は半導体
装置検出器の一例の構成図、第４図は従来の投光強度制
御の説明図である。４・・・最適受光レベル設定回路、５・・・光源、６・
・・投光レンズ、７・・・投光ビーム、８・・・対象物
体、９・・・反射光、１０・・・受光レンズ、１１・・・位置検出器、１２・
・・加算回路、１３・・・除算回路、１４・・・補正回
路、１５・・・投光強度演算部、１６・・・乗除算回路
。特許出願人　　日本無線株式会社米侠

Claims

【特許請求の範囲】

測定対象に細い光ビームを投光し、これによつて対象表
面上に生じる光点からの反射光を用いて三角測量の原理
により測定対象までの距離または変位を非接触で測定す
る変位測定装置において、受光レベルを一定に制御する
ために必要な投光強度の制御量を、瞬時受光強度とあら
かじめ設定された最適な受光強度より乗除算で求める投
光強度演算部を制御ループ内に設け、この演算部の出力
により投光強度を制御することを特徴とする変位測定装
置。