JPH03229113A - 測距装置 - 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、レーザ変位計として知られた充電式の測距装
置に関する。

〔従来の技術〕

頭記の測距装置として、投光部より投光レンズを通じて
被測定物に向けて照射したレーザビームナトの光ビーム
の反射光を受光レンズを通じて半導体装置検出素子の受
光面上に結像させ、さらに位置検出素子の検出信号を演
算処理して被測定物までの距離、ないしその変位を測定
するようにしたものがレーザ変位計として例えば特開昭
５５−１１９００６号公報などでよく知られており、製
品の加工、検査工程などの距離、変位センサとして各種
用途に広く応用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した測距装置ではその使用面で次記のよ
うな問題点がある。すなわち、被測定物上に定めた測定
領域のターゲットが極小面積であるのに対し、投光部か
ら被測定物に向けて照射される光ビームのスポット径が
前記ターゲットよりも大である場合には、ターゲット以
外の領域に照射した反射光も位置検出素子の受光面に分
布して受光されることになる。このためにターゲットか
らの反射光のエネルギー重心が正確に検出できず、結果
として高精度な測定が不可能となる。つまり投光部から
投光レンズを通じて照射した光ビームの焦点が被測定物
の面上に結ばない、いわゆるアウトフォーカスの状態で
測定した場合には、位置検出素子の受光面に結像する反
射光スポットが一点に集中せずに拡がりをもつようにな
るため距離。

変位量の測定精度が低下する。

したがって、測定精度を高めるには被測定物に照射する
光ビームのスポット径が最小となるように、つまり投光
レンズを透過した光ビームが被測定物のターゲツト面上
に焦点を結ぶようにした条件て測定する必要がある。し
かして、従来における測距装置では、投光部の投光レン
ズが固定的に装備されていて光源との相対距離が一定な
固定焦点方式で構成されている。このために被測定物の
位置が標準位置から外れた位置に変位すると、被測定物
の表面に照射された光ビームがアウトフォーカスとなっ
て光スポツト径が大となり、前記のような測定精度低下
の問題が発生する。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、測定
に際して照射光ビームが被測定物の測定領域に正しく焦
点を結ぶように自動調整することにより、常に適正条件
で精度よく被測定物の距離。

変位量を測定できるようにした測距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〕

上記課題を解決するために、本発明の測距装置において
は、投光レンズに対し該レンズを光軸に沿って移動操作
する焦点調整手段を備え、かつ測定時に位置検出素子の
検出信号を焦点調整手段に取り込み、これを基に投光レ
ンズの位置を修正して光ビームが被測定物の表面に焦点
を結ぶよう構成するものとする。

〔作用〕

上記構成における投光レンズの焦点調整手段は、投光レ
ンズをその先軸方向に移動させる例えば電磁式のアクチ
エータと、該アクチエータの駆動回路とからなる。また
、投光部からの照射ビームが被測定物上に正しく焦点を
結んだ測定条件での被測定物の距離、変位量に対応する
位置検出素子の検出信号とアクチエータの駆動電流との
関係が前記駆動回路に付設したＲＯＭテーブルにあらか
じめ格納されている。

そして、実際の測定時の当初に受光部の位置検出素子よ
り出力する検出信号をアクチエータの駆動回路に取り込
み、前記のＲＯＭテーブルを参照して投光ビームの焦点
が被測定物の表面上に正しく結んでいるか否かを判定し
た上で、アウトフォーカスである場合にはアクチエータ
を介して投光レンズを光軸方向に修正移動するよう制御
する。

これにより、照射光ビームが被測定物上に焦点を正しく
結んでここに形成される光スポットが最小径となる。こ
の状態になれば被測定物からの反射光が位置検出装置素
子の受光面上で一点に集中して受光される。したがって
、かかる測定条件を確立した上で、位置検出素子の検出
信号を後段の信号処理部にて位置、変位量に演算処理す
ることにより、例え被測定物の測定領域ターゲットが極
小面積であっても常に高い測定精度で測定することがで
きる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第１図は測距装置全体の構成ブロック図である０
図においてｌは投光部、２は受光部、３は信号処理部で
あり、投光部ｌの半導体レーザ１１より出射した照射光
４は投光レンズ１２を通じて被測定物５に照射され、そ
の表面に光スポット６を形成する。また、被測定物５の
表面で反射した光スポット６の反射光７は、受光部２の
受光レンズ２１を経て半導体装置検出素子（ＰＳＤ）２
２の受光面上に結像する。なお、この位置検出素子２２
は拡散型のＰＩＮホオトダイオードであり、その左右両
端の電極より受光面上での結像位置に対応した電流１１
＋　Ｉｇを出力する。この出力電流１．、１ｇは信号処
理部３の位置検出器３１に入力して変換処理され、前記
位置検出素子２２の結像位置を表す検出信号を演算器３
２に出力する。また、演算器３２は検出信号をサンプリ
ングホールドした後に所定の演算処理を行い、被測定物
５との間の距離、ないし変位量を表す測定信号をアナロ
グ量ないしディジタル量として出力する。なお、３３は
半導体レーザ１１のドライバ、３４は半導体レーザのド
ライバ３３．および前記演算器３２にクロック信号を与
える発振器である。また、受光部２については、受光レ
ンズ２１゜位置検出素子２２が投光部ｌとの間の光学系
でいわゆるシャインプルーグ条件を満足するように設置
されているものとする。

ここまでの構成は従来の測距装置と同一であるが、本発
明により決起の部品が新た追加装備されている。すなわ
ち、投光部ｌには投光レンズ１２を担持し、核レンズを
光軸に沿って前後に移動操作するアクチエータ８が装備
されており、該アクチエータ８を制御するアクチエータ
駆動回路９が信号処理部３に組み込まれている。ここで
、アクチエータ８の構造を第２図に示す、すなわち、ア
クチエータ８は磁石８１を備えて磁気回路を構成する固
定ヨーク８２と、光軸と平行な支軸８３にガイド支持し
てヨーク８２に組合わせた可動ボビン８４と、可動ボビ
ン８４に巻装した駆動コイル８５と、一端を固定して可
動ボビン８４に連結したばね部材８６とからなり、可動
ボビン８４に完配した投光レンズ１２が取付けてあり、
またコイル８５に流す励磁電流がアクチエータ駆動回路
９より与えられる。

かかる構成で、コイル８５を励磁すると、固定側の磁気
回路との間に働く電磁力により可動ボビン８４が投光レ
ンズ１２と一緒に支軸８３に沿って駆動され、その電磁
力とばね部材８６のばね力とが釣り合った位置に静止す
る。ここでコイル８５に流す励磁電流の大きさを変える
ことにより、可動ボビン８４゜したがって投光レンズ１
２の静止位置も変化することになる。

そして、実際に被測定物５の位置を測定する際には、あ
らかじめ投光レンズ１２．シたがってアクチエータ８を
標準位置に設定した状態で、投光レンズ１２を通じて半
導体レーザ１１より出射し１こ照射光４を被測定物５に
向けて照射し、この状態で受光部２の位置検出素子２２
を介して信号処理部３の位置検出器３１から出力する検
出信号を駆動回路９に取り込む、これにより駆動回路９
は、投光部１から投光レンズ１２を通じて投光した照射
光４の焦点が被測定物５の表面に結んで最小径の光スポ
ット６を形成させるに要する励磁電流を発生してアクチ
エータ８の可動ボビン８４を駆動する。この動作を第３
図（ａ）、（ｂ）に表す、すなわち、第３図（ａ）は被
測定物５が例えば標準位置にあり、投光レンズ１１を透
過した照射光４の焦点が被測定物５の表面に結んでここ
に最小径の光スポット６が形成されている測定状態を示
している。一方、被測定物５が変位して第３図（ロ）の
ように距離が増大した場合には、投光レンズ１２が照準
位置のままであると照射光４の焦点が合わず、アウトフ
ォーカスとなって被測定物５に形成される光スポット６
が径大となる。この場合には後記のように駆動回路９よ
りアクチエータ８に与える励磁電流が変わって投光レン
ズ１２の位置が修正移動され、投光レンズ１２を透過し
た照射光４は（ａ）図と同様に焦点が被測定物５に結ん
で最小径の光スポット６を形成するようになる。

すなわち、アクチエータ駆動回路９はＲＯＭテーブルを
備えており、被測定物５の位置、ｆ：位置に対応するア
クチエータ８の適正な励磁電流と、この測定条件で位置
検出素子２２を介して位置検出器３１より出力される信
号との関係データをあらかじめＲＯＭテーブルに格納し
ておく、そして実際の測定に際しては当初のアクチエー
タ励磁電流。

およびその条件で得られた検出信号とＲＯＭテーブルの
データ内容とを比較して照射光４の焦点が被測定物５の
位置と一致しているか否かを判定し、ここでアウトフォ
ーカスであると判定されれば投光レンズ１２を新たな位
置に修正移動して照射光４の焦点が被測定物５に正しく
結ぶようにアクチエータ８の励磁電流を増減制御する。

そして、照射光４の焦点が被測定物５に正しく結んだこ
とが確認された条件で、位置検出器３１の検出信号を基
に演算器３２より測定信号を出力する。

これにより、被測定物５の距離、変位量の変動に関係な
く、照射光４が被測定物５の表面に焦点を結んで最小径
の光スポット６を形成した条件で測定でき、これにより
全測定範囲で常に高い測定精度が得られる。

〔発明の効果〕

本発明による測距装置は、以上説明したように構成され
ているので、決起の効果を奏する。

（１）測距装置の全測定範囲で、被測定物の位置。

変位量の如何に関係なく投光レンズを透過して投光され
る照射光が被測定物上で最小径の光スポットを形成する
ように、焦点隣整手段を介して投光レンズの焦点合わせ
を行うことができる。

Ｃ２）シたがって、被測定物の距離、変位が常に最適な
測定条件で測定され、これにより例えば測定領域のター
ゲットが小面積である場合でも、高い測定精度で測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図、第２図
は第１図におけるアクチエータの構成斜視図、第３図（
ａ）、（ｂ）は焦点合わせの動作説明図である０図にお
いて、 １：投光部、１１：半導体レーザ（光源）、１２：投光
レンズ、２：受光部、２１：受光レンズ、２２：位置検
出素子、３：信号処理部、４：照射光、被測定物、 ６：光スポット、 ：反射光、 ！Ｐ１０ ２ 第２図 （（１） 第３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光源より投光レンズを通じて被測定物に光ビームを
   照射する投光部と、被測定物からの反射光を受光レンズ
   を通じて位置検出素子の受光面に結像させる受光部と、
   前記位置検出素子の検出信号を基に被測定物までの距離
   ないし変位を算出する信号処理部とからなる測距装置に
   おいて、前記投光レンズに対し該レンズを光軸に沿って
   移動操作する焦点調整手段を備え、かつ測定時に位置検
   出素子の検出信号を焦点調整手段に取り込み、これを基
   に投光レンズの位置を修正して光ビームが被測定物の表
   面に焦点を結ぶよう構成したことを特徴とする測距装置
   。