JPH03199912A - 変位測定装置 - Google Patents

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、半導体レーザから出力された光ビームを測定
対象物に導き、その反射光ビームを受光することで測定
対象物の変位の測定を行う変位測定装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、三角測定法を応用し、半導体レーザを用いて
測定対象物の変位を測定する変位測定装置の従来技術の
一例の構成を示したものである。

この装置では、半導体レーザｌより測定対象物２に向け
てレーザビームＬ１を出力し、測定対象物２によって反
射されたレーザビームＬ２を位置検出素子（ＰＳＤ）３
によって受光する。位置検出素子３は、レーザビームＬ
２の受光位置に応じた信号ＩＡ、ＩＢを出力する半導体
素子であり、これらの信号ＩＡ、ＩＢは、増幅器４ａ、
４ｂ、サンプルホールド回路５ａ、５ｂを介し、信号Ｖ
Ａ、ＶＢとして変位演算回路６に供給される。変位演算
回路６では、信号ＶＡ、ＶＢの比率等に基づき、測定対
象物２の変位に対応した信号が求められる。

一方、信号ＶＡ、ＶＢは、加算器７において加算された
後、比較器８で基準信号Ｖｃと比較され、光量判定信号
が得られる。この光量判定信号は、レーザビームＬ２の
光量に基づき測定対象物２に対する変位測定が可能であ
るか、あるいは不可能であるかの判定を行うために供せ
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、半導体レーザ１から出力されるレーザビーム
Ｌ１の強度は、外界の温度や経時的な特性の劣化によっ
て変動する。従って、同一の測定対象物２が同一の位置
にある場合であっても、その反射されたレーザビームＬ
２の受光光量が変動することがある。この場合、上記の
従来技術では、位置検出素子３による受光光量を一定の
基準信号Ｖｃと比較することで光量測定信号を得ている
ため、例えば、受光光量が変位測定可能な範囲内にある
場合であっても測定不能と誤判定される場合である。

そこで、本発明は、このような不具合を解消し、半導体
レーザの出力変動に影響されることなく、変位の測定が
可能であるか否かの判定を受光光量に基づき正確に行う
ことのできる変位測定装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明の変位測定装置は
、光ビームを出力する半導体レーザと、光ビームの測定
対象物による反射光ビームを受光し、その受光位置に応
じた第Ｉの受光信号を出力する第１の受光素子と、第Ｉ
の受光信号に基づき測定対象物までの変位を算出する演
算手段と、半導体レーザに近接配置され、光ビームを受
光し、その受光光量に応じた第２の受光信号を出力する
第２の受光素子と、第Ｉの受光信号と第２の受光信号と
を比較し、第１の受光素子の受光光量に対する光量判定
信号を出力する比較手段とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る変位測定装置では、半導体レーザから出力
された光ビームの測定対象物による反射光ビームを受光
し、この反射光ビームの受光位置から測定対象物の変位
を求める。一方、出射される光ビームと反射光ビームの
例えば振幅のレベル３− ４− を比較することで、反射光ビームの光量が測定可能な範
囲にあるか否かの判定を行う。この場合、光ビームの出
力変動と、反射光ビームの出力変動による光量変動とが
相殺され、正確な光量判定が行われる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る変位測定装置について一実施例を上
げて説明する。

第１図は、本発明の変位測定装置の一実施例の構成を示
す。この装置は、変位測定のためのレーザビームＬ１を
測定対象物２に向けて出力する半導体レーザ１０と、半
導体レーザ１０に近接配置され、半導体レーザ１０より
出力されるモニタ用のレーザビームＬ３の光量を検出す
るフォトダイオード等の受光素子１２（第２の受光素子
）と、測定対象物２によって反射されたレーザビームＬ
２を受光し、その受光位置に応じた信号ＩＡ、ＩＢ（第
１の受光信号）を出力する位置検出素子１４（第１の受
光素子）とを備える。

半導体レーザ１０には１発振回路１６からの駆動信号が
出力制御回路１８および電圧／電流（■／Ｉ）変換器２
０を介して供給される。出力制御回路１８は、受光素子
１２により検出されたレーザビームＬ３の光量に対応し
た信号Ｉｃ（第２の受光信号）に基づき、半導体レーザ
１ｏの平均出力が一定となるよう駆動信号を制御する。

半導体装置検出素子等よりなる位置検出素子（ＰＳＤ）
１４には、受光位置に応じた信号ＩＡ、ＩＢを増幅する
増幅器２２Ａ、２２Ｂと、増幅された信号ＩＡ、ＩＢを
サンプリングし、信号ＶＡ、ＶＢを得るサンプルホール
ド回路２４Ａ、２４Ｂとがそれぞれ接続される。なお、
サンプルホールド回路２４Ａ、２４Ｂには、サンプリン
グ信号発生回路２６から１発振回路１６の駆動信号に同
期したサンプリング信号が供給される。

サンプルホールド回路２４Ａ、２４Ｂからの信号ＶＡ、
ＶＢは、変位演算回路２８（演算手段）および加算器３
０にそれぞれ供給される。変位演算回路２８は、信号Ｖ
Ａ、ＶＢの差を求める減算器３２と、信号ＶＡ、ＶＢの
和を求める加算器３４と、減算器３２の出力を加算器３
４の出力で除算する除算器３６とからなり、除算器３６
による除算結果は、測定対象物２の変位に対応する信号
ＶＤとしてサンプルホールド回路３７を介して出力され
る。

一方、加算器３０による信号ＶＡ、ＶＢの和信号は比較
器３８（比較手段）の一方の入力端子に供給される。比
較器３８の他方の入力端子には、受光素子１２からの信
号Ｉｃが電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器４０、サンプルホ
ールド回路４２および分圧抵抗４４を介し基準信号Ｖｃ
として供給される。

なお、サンプルホールド回路３７．４２には、サンプリ
ング信号発生回路２６からのサンプリング信号が供給さ
れる。比較器３８は、加算器３０からの和信号と分圧抵
抗４４を介して供給される基準信号Ｖｃとを比較し。光
量判定信号を出力する。

次に、上記のように構成される変位測定装置の動作につ
いて説明する。

測定開始に伴って発振回路１６より出力された所定の振
幅の駆動信号は、出力制御回路１８によって調整された
後、電圧／電流変換器２ｏより電流信号に変換されて半
導体レーザ１０に供給される。半導体レーザ１０は、電
流信号に基づき測定対象物２に向けて所定の振幅のレー
ザビームＬ１を出力する。

測定対象物２によって反射されたレーザビームＬ１は、
レーザビームＬ２として位置検出素子１４に入射する。

位置検出素子１４では、レーザビームＬ２の受光光量に
応じた電流が発生する。この電流はまた受光位置に対応
しており信号ＩＡ、ＩＢとして増幅器２２Ａ、２２Ｂに
それぞれ供給される。増幅器２２Ａ、２２Ｂにより増幅
された信号ＩＡ、ＩＢは、サンプリング信号発生回路２
６からのサンプリング信号に基づきサンプルホールド回
路２４Ａ、２４Ｂでサンプルホールドされ。

受光光量の振幅変化に対応する信号ＶＡ、ＶＢとして変
位演算回路２８および加算器３０に供給される。

変位演算回路２８では、減算器３ｚで信号ＶＡ、　ＶＢ
の差が、加算器３４で信号ＶＡ、ＶＢの和がそれぞれ求
められ、次いで、除算器３６において、前者の演７− 算結果が後者の演算結果で除算され、サンプルホールド
回路３７を介して信号ＶＤが得られる。

すなわち、測定対象物２までの変位に対応した信号ＶＤ
は、 ＶＡ＋　ＶＢ として求める。この場合、信号ＶＤは、測定対象物２の
位置が同じであれば、その色や反射率によらず一定とな
る。

一方、加算器３０は、信号ＶＡ．ＶＢを加算し、この加
算された信号を位置検出素子１４により受光したレーザ
ビームＬ２の光量信号として比較器３８の一方の入力端
子に供給する。

比較器３８の他方の入力端子には、受光素子１２からの
信号に基づく基準信号Ｖｃが供給されている。すなわち
、半導体レーザ１０に近接配置された受光素子１２は，
半導体レーザ１０がレーザビームＬ１を出力する面と反
対側の面から出力するレーザビームＬ３を受光し、その
光量に応じた信号Ｉｃを出力制御回路１８および電流／
電圧変換器４０に供給する。レーザビームＬ３の強度は
レーザビームＬ１の強度に対応している。出力制御回路
１８は、信号Ｉｃに基づき半導体レーザ１０の平均出力
を一定とするべく発振回路１６からの駆動信号の振幅を
制御する。

一方、電流／電圧変換回路４０に供給された信号Ｉｃは
電圧信号に変換された後、サンプリング信号発生回路２
６からのサンプリング信号に基づいてサンプルホールド
回路４２でサンプルホールドされる。これにより、レー
ザビームＬ３の振幅強度が検出される。この振幅強度は
レーザビームＬ１の振幅強度に対応している。

サンプルホールド回路４２の出力は分圧抵抗４４に供給
される。分圧抵抗４４は、このサンプルホールドされた
信号を分圧し、基準信号Ｖｃとして比較器３８に供給す
る。

そこで比較器３８は、位置検出素子１４により受光され
たレーザビームＬ２の光量に係る信号と、半導体レーザ
１０から出力されたレーザビームＬ１　（Ｌ３）の光量
に基づく基準信号Ｖｃとを比較し、測定可能あるいは測
定不能を示す光量判定信号を出力する。

この場合、基準信号Ｖｃは、半導体レーザ１０から出力
されるレーザビームＬＬ　（Ｌ３）の振幅に対応した信
号になっている。すなわち、レーザビームＬｌ　（Ｌ３
）の振幅が、例えば、温度変化あるいは半導体レーザ１
０の経時的な劣化に伴って変動した場合、基準信号Ｖｃ
も対応して変動する。従って、光量判定信号は、レーザ
ビームＬ１（Ｌ３）の経時変化等に起因する振幅変動の
影響を受けず、測定対象物２の位置（変位）２反射率等
の状態に対して測定可能か否かを正確に確認することの
できる情報を与える。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明では、半導体レーザより出力された
光ビームの光量と、光ビームの測定対象物による反射光
ビームの光量とを比較することで、測定対象物の変位の
測定が可能であるか否かの判定を行っている。

この場合、光ビームの光量が温度変化、半導体レーザの
経時的な劣化等によって変動した場合には、出射光ビー
ムのみならず反射ビームの光量も変動する。その結果、
測定が可能であるか否かの判定を半導体レーザの光ビー
ムの光量変動によらず極めて正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る変位測定装置の一実施例の構成回
路ブロック図。 第２図は従来技術に係る変位測定装置の構成回路ブロッ
ク図である。 ２・・・測定対象物　　　　ｌＯ・・・半導体レーザ１
２・・・受光素子　　　　　１４・・・位置検出素子１
６・・・発振回路　　　　　２８・・・変位演算回路３
０・・・加算器　　　　　　３８・・・比較器以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ビームを出力する半導体レーザと、 前記光ビームの測定対象物による反射光ビームを受光し
   、その受光位置に応じた第１の受光信号を出力する第１
   の受光素子と、 前記第１の受光信号に基づき前記測定対象物までの変位
   を算出する演算手段と、 前記半導体レーザに近接配置され、前記光ビームを受光
   し、その受光光量に応じた第２の受光信号を出力する第
   ２の受光素子と、 前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを比較し、
   前記第１の受光素子の受光光量に対する光量判定信号を
   出力する比較手段とを備えることを特徴とする変位測定
   装置。