JPH0545163A - 光学式変位計の位置検出方法およびこの方法を用いた光学式変位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学式変位計において、受光信号の増幅率をで
きる限り低減させるようにして、処理信号の分解能、安
定性を向上させる。 【構成】位置検出素子１０５から出力される一対の位置
信号の各々を、予め設定された複数の増幅率のなかから
選択された増幅率で増幅し、増幅された一対の位置信号
の加算信号が、信号処理可能な所定の最大レベルＥＨお
よび最小レベルＥＬで定まるウインドレベル内で、且
つ、ウインドレベル内の所定の中間レベルＥＭよりも低
くなるように、上記各々の増幅率を同時に順次増加ある
いは低減させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式変位計の改良さ
れた位置検出方法およびこの方法を用いた光学式変位計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子から物体に向けて変調光を出力
し、物体による反射光を位置検出素子で受光して物体の
変位量を測定するようにした光学式変位計が開発され使
用されるようになって来た。図１０は、このような光学
式変位計１００の内部構成例を示したもので、発振回路
１０１から出力されるパルスに同期して変調回路１０２
からレーザーダイオードドライバ１０３に変調信号が伝
送され、レーザーダイオード１０４からレーザー光が物
体に出力される。すると、物体で反射したレーザー光は
位置検出素子１０５に入射して位置に応じた一対の位置
信号Ｉ１，Ｉ２が出力され、この位置信号Ｉ１，Ｉ２は
増幅回路１０６，１０７および可変増幅回路１０８，１
０９で増幅され、信号処理部１１０，１１１で復調され
る。この後、減算回路１１２で（Ｉ１−Ｉ２）が、加算
回路１１３で（Ｉ１＋Ｉ２）が求められ、割算回路１１
４で（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）が求められて出力
回路１１５に伝送されるようになっており、この演算に
よって、物体の変位量が計測されるようになっている。

【０００３】ところで、この光学式変位計１００では、
減算回路１１２、加算回路１１３および割算回路１１４
に伝送される復調信号のダイナミックレンジの広がりを
抑えて演算精度を向上させるために、増幅回路１０６，
１０７の出力信号を加算回路１１６で加算し、整流回路
１１９で加算信号を整流してレベル判別部１１７に伝送
し、加算信号のレベルに応じて可変増幅回路１０８，１
０９の増幅率を増幅率制御部で制御して加算信号レベル
が一定値になるように負帰還制御が施されている。

【０００４】すなわち、レベル判別部１１７の各コンパ
レータ１１７ａ，１１７ｂ・・・１１７ｎは、各々、Ｅ
ａ，Ｅｂ・・・Ｅｎの基準電圧を有しており、図１１に
示したように、加算信号レベルＥが増加する場合には、
Ｅａ＜Ｅ＜Ｅｃでは増幅率Ｇａ、Ｅｃ＜Ｅ＜Ｅｅでは増
幅率Ｇｂ、Ｅｅ＜Ｅ＜Ｅｇでは増幅率Ｇｃ、Ｅｇ＜Ｅ＜
Ｅｈでは増幅率Ｇｄとなるように、また、加算信号レベ
ルＥが減少する場合には、Ｅｈ＞Ｅ＞Ｅｆでは増幅率Ｇ
ｄ、Ｅｆ＞Ｅ＞Ｅｄでは増幅率Ｇｃ、Ｅｄ＞Ｅ＞Ｅｂで
は増幅率Ｇｂ、Ｅｂ＞Ｅ＞Ｅａでは増幅率Ｇａとなるよ
うにヒステリシス特性を持たせて増幅率制御部１１８に
よって可変増幅回路１０８，１０９の増幅率を制御する
ようにされている。

【０００５】従って、図１２の（ａ）〜（ｃ）に示した
ように、クロック信号（発振回路１０１の出力信号）に
同期して、レベル判別部１１７の各コンパレータの判別
信号から加算信号のレベルレンジを求め、求めたレンジ
に応じて定められた増幅率（図１０参照）で位置信号Ｉ
１，Ｉ２を増幅して加算信号（Ｉ１＋Ｉ２）が常に一定
値になるように負帰還制御が行われている。

【０００６】ところが、このような構成の光学式変位計
１００では、加算回路１１６から出力された加算信号の
ダイナミックレンジが、図１１に示したように、数ミリ
ボルトから数十ボルトの広い範囲にわたるため、可変増
幅回路１０８，１０９で多くの増幅率を設定しなければ
ならず、このため、レベル判別部１１７では多数のコン
パレータ１１７ａ，１１７ｂ・・・を要し、また、ダイ
ナミックレンジが広いために、低レベルのコンパレータ
では高精度が要求されるなど、回路設計を困難なものに
していた。

【０００７】そこで本願出願人は、同時出願において、
加算信号が所定の最大レベルおよび最小レベルで定まる
ウインドレベル内に入る制御を行うようにした位置検出
方法およびその方法を用いた光学式変位計を提案した。
図１３の（ａ）〜（ｃ）は、その位置検出方法を説明す
るタイムチャートを示したもので、クロック信号の出力
時において、加算信号が最大レベルＥＨを越えておれば
可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率より１段階低減さ
せる一方、加算信号が最小レベルＥＬより低下しておれ
ば可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率より１段階増加
させるように制御を行い、これによって、加算信号が最
大レベルＥＨと最小レベルＥＬで定まるウインドレベル
内に入るように帰還制御を行うようにされており、特に
高精度を要しない２つのコンパレータで構成できるため
回路設計が容易となっている。

【０００８】ところが、この構成では、加算信号がウイ
ンドレベル内に入っている期間は、増幅率が保持される
ため、仮に加算信号が最大レベルよりもわずかに低いレ
ベルで安定しているようなときには、１段階低い増幅率
でも充分に増幅処理を行うことができるにもかかわらず
高い増幅率に設定されるため、分解能が低下するなどの
不満を残していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みて提案されるもので、受光信号の増幅率をできる限
り低減させるようにして、分解能、安定性を向上させる
ことのできる位置検出方法を提供することを目的として
いる。また、同時に提案される本発明は、この位置検出
方法を用いた光学式変位計を提供することを目的として
いる

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案される請求項１に記載の本発明方法は、位置検出
素子から出力される一対の位置信号の各々を、予め設定
された複数の増幅率のなかから選択された増幅率で増幅
し、増幅された一対の位置信号の加算信号が、信号処理
可能な所定の最大レベルおよび最小レベルで定まるウイ
ンドレベル内で、且つ、ウインドレベル内の所定の中間
レベルよりも低くなるように、各々の増幅率を同時に順
次増加あるいは低減させるようにされている。

【００１１】請求項２に記載の本発明の光学式変位計
は、請求項１に記載の本発明方法を用いたもので、位置
検出素子から出力される一対の位置信号の各々を、予め
設定された複数の増幅率のなかから選択された増幅率で
個別に増幅する１組の可変増幅回路と、該可変増幅回路
で増幅された一対の位置信号を加算する加算回路と、上
記加算信号が、信号処理可能な所定の最大レベルおよび
最小レベルで定まるウインドレベル内に入っているか否
か、および、これら最大レベルおよび最小レベルの間の
所定の中間レベルを越えているか否かを判別するレベル
判別部と、予め定められた所定周期毎に、上記レベル判
別部から出力される判別信号に応じて、上記加算信号が
上記最大レベルを越えない場合であっても上記中間レベ
ルを越えたときには、上記各々の可変増幅回路の増幅率
を現在の増幅率から１段階同時に低減させる一方、上記
加算信号が上記最小レベルより低下したときには、上記
各々の可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率から１段階
同時に増加させる増幅率制御部とを備えた構成とされて
いる。

【００１２】請求項３に記載の本発明方法は、光学系の
フィードバックループを有した光学式変位計に用いられ
る位置検出方法であって、請求項１に記載した本発明方
法において、加算信号の代わりに、加算信号を所定の基
準レベルと比較して得られた誤差積分信号を、信号処理
可能な所定の最大レベルおよび最小レベルで定まるウイ
ンドレベル内で、且つ、ウインドレベル内の所定の中間
レベルよりも高くなるように、各々の増幅率を同時に順
次増加あるいは低減させるようにされている。

【００１３】また、請求項４に記載の本発明の光学式変
位計は、請求項３に記載の本発明方法を用いたものであ
り、請求項２に記載の変位計において、加算信号に代え
て、誤差積分信号によって増幅率の制御を行う構成とさ
れている。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の本発明方法では、位置検出素
子から出力される一対の位置信号を増幅し、増幅された
信号の加算信号が、所定の最大レベルおよび最小レベル
で定まるウインドレベル内で、且つ、ウインドレベル内
の所定の中間レベルよりも低くなるように、各々の増幅
率を同時に順次増加あるいは低減させるようにされてい
る。このため、加算信号がウインドレベル内であっても
中間レベルを越えると、中間レベルよりも低下させるよ
うに各々の増幅率を同時に低減させるので、低増幅率に
設定される期間が増大する。

【００１５】請求項２に記載の本発明では、位置検出素
子から出力された一対の位置信号は１組の可変増幅回路
で増幅されて加算回路で加算され、得られた加算信号は
レベル判別部によってレベルレンジが判別されるように
なっている。そして、増幅率制御部では、所定周期毎に
レベル判別部の判別信号を参照し、加算信号が最大レベ
ルを越えない場合であっても中間レベルを越えたときに
は、各々の可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率から１
段階同時に低減させ、また、加算信号が最小レベルより
も低下したときには、各々の可変増幅回路の増幅率を現
在の増幅率から１段階同時に増加させ、これによって、
加算信号が常に最小レベルと中間レベルの間に入るよう
に制御を行う。

【００１６】請求項３に記載の本発明方法では、位置検
出素子から出力される一対の位置信号の各々を増幅し、
増幅された信号の加算信号を基準レベルと比較して誤差
積分信号を求め、求めた誤差積分信号が所定の最大レベ
ルおよび最小レベルで定まるウインドレベル内で、且
つ、ウインドレベル内の所定の中間レベルよりも高くな
るように、各々の増幅率を同時に順次増加あるいは低減
させるようにされている。このため、加算信号の増大し
たことによって低減させるべく誤差積分信号がウインド
レベル内であっても中間レベルより低下すると、中間レ
ベルよりも増大させるように各々の増幅率を同時に低減
させるので、低増幅率に設定される期間が増大する。

【００１７】請求項４に記載の本発明では、位置検出素
子から出力された一対の位置信号は１組の可変増幅回路
で増幅されて加算回路で加算され、得られた加算信号は
誤差積分回路に伝送されて誤差積分信号が求められ、求
められた誤差積分信号はレベル判別部によってレベルレ
ンジが判別されるようになっている。そして、増幅率制
御部では、所定周期毎にレベル判別部の判別信号を参照
し、誤差積分信号が最大レベルを越えたときには、各々
の可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率から１段階同時
に増加させ、また、誤差積分信号が最小レベルより低下
していない場合であっても中間レベルより低下したとき
には、各々の可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率から
１段階同時に低下させ、これによって、加算信号が常に
中間レベルと最大レベルとの間に入るように制御を行
う。

【００１８】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は、請求項１に記載の本
発明の光学式変位計の位置検出方法をタイムチャートを
もって示したもので、発光素子から物体に向けて変調光
を出力し、物体による反射光を位置検出素子で受光する
までの動作は従来の変位計と同一であるが、本発明方法
では、位置検出素子から出力される一対の位置信号を、
予め離散的に設定された複数の増幅率のなかから選択さ
れた増幅率で各々増幅し、増幅された一対の位置信号の
加算信号を求め、クロック信号の入力タイミングにおい
て、この加算信号が所定の最大レベルＥＨと最小レベル
ＥＬとの間に設定された中間レベルＥＭを越えておれ
ば、一対の位置信号の各々の増幅率を現在の増幅率から
１段階低減させ、逆に、加算信号が所定の最小レベルＥ
Ｌより低下しておれば、一対の位置信号の各々の増幅率
を現在の増幅率から１段階増加させるように負帰還制御
が行われる。このため、一対の位置信号の加算値が常に
最小レベルと中間レベルとの間に入るように制御が行な
われるので、低増幅率の期間を増加させることが可能と
なり、分解能を向上させた安定した増幅動作を行うこと
ができる。

【００１９】図２は、請求項２に記載した本発明の光学
式変位計１の要部構成例を示したもので、上述した従来
の光学式変位計１００と同一部分には、同一の符号を付
して説明を省略する。図において、１０は加算回路１１
３から出力される加算信号が最大レベルＥＨを越えたと
きに判別信号を出力するコンパレータ１０Ａと、加算信
号が最小レベルＥＬより低下したときに判別信号を出力
するコンパレータ１０Ｃに加えて、加算信号が最大レベ
ルＥＨと最小レベルＥＬとの中間に設定された中間レベ
ルＥＭを越えたときに判別信号を出力するコンパレータ
１０Ｂとを有したレベル判別部である。

【００２０】可変増幅回路１２（１３）は、増幅回路１
２ａ（１３ａ）に接続する抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・
Ｒｎを各々直列に接続されたＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３
・・・Ｆｎ）を選択的にオン駆動させることによって、
増幅率を離散的に切換設定できるようになっている。

【００２１】１１は等価的に示されるロータリスイッチ
１１ａを有した増幅率制御部であり、クロック信号が入
力されたときに、加算信号が中間レベルＥＭを越えてコ
ンパレータ１０Ｂから判別信号が出力されておれば、ロ
ータリスイッチ１１ａを切り換えて現在設定されている
増幅率を１段階低減させるための制御信号を可変増幅回
路１２，１３に同時に送出し、逆に、加算信号が最小レ
ベルＥＬより低下してコンパレータ１０Ｃから判別信号
が出力されておれば、現在設定されている増幅率を１段
階増加させる制御信号を可変増幅回路１２，１３に同時
に送出し、また、加算信号が最小レベルＥＬと中間レベ
ルＥＭの間にあってレベル判別部１０から判別信号が出
力されていなければ、ロータリスイッチ１１ａの切り換
えを行わずに現在設定されている増幅率をそのまま保持
させる動作を行うようになっている。尚、コンパレータ
１０Ａの判別信号は、後述するように出力信号の飽和状
態の表示用として用いられる。

【００２２】このように、本発明の光学式変位計１によ
れば、レベル判別部１０のコンパレータ１０Ａ〜１０Ｃ
によって加算回路１１３から出力される加算信号が最大
レベルＥＨと最小レベルＥＬとの間で、且つ、中間レベ
ルよりも低いレベルになっていることを監視しているの
で、増幅率をきめ細かく調整して低増幅率状態の期間を
増やすことが可能となり、処理信号の分解能を向上させ
ることができる。

【００２３】図３は、図２に示した光学式変位計１の全
体構成図を示したもので、従来の変位計１００および上
記要部構成例に示した部分と同一部分については同一の
符号を付して説明を省略する。

【００２４】図４は、上記光学式変位計１において、可
変増幅回路１２，１３の増幅率の可変設定数を２にした
場合の詳細な構成例を示したもので、従来の変位計１０
０および上記要部構成例に示した部分と同一部分につい
ては同一の符号を付して説明を省略する。レベル判別部
１０は、コンパレータ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと抵抗Ｒ
１０〜Ｒ１３で構成されており、加算回路１１３から出
力された加算信号が、最大レベルＥＨを越えるとコンパ
レータ１０Ａのみの出力が「Ｌ」レベルになり、最大レ
ベルＥＨよりも低く中間レベルＥＭを越えるとコンパレ
ータ１０Ｂのみの出力が「Ｌ」レベルになり、加算信号
が最小レベルＥＬより低下すると、コンパレータ１０Ｃ
の出力レベルが「Ｌ」になるようになっている。また、
加算信号が最小レベルＥＬよりも大きく中間レベルＥＭ
よりも小さいときには、コンパレータ１０Ａ〜１０Ｃか
ら「Ｈ」レベルの信号が出力されるようになっている。

【００２５】また、増幅率制御部１１は、ＮＯＴ回路１
１ａ，１１ｂ、ＮＡＮＤ回路１１ｃ，１１ｄ、ＲＳフリ
ップフロップ１１ｅ、Ｄフリップフロップ１１ｆで構成
されている。この増幅率制御部１１では、図５の（ａ）
〜（ｇ）に示したように、Ｄフリップフロップ１１ｆが
リセット（Ｑバー出力が「Ｈ」）されているときには、
可変増幅回路１２（１３）のＦＥＴ（Ｆ１）が導通して
増幅率が低減されており、この状態では、加算信号が最
大レベルＥＨを越えてレベル判別部１０のコンパレータ
１０Ａから「Ｌ」レベルの判別信号が出力されても、Ｎ
ＡＮＤ回路１１ｃで阻止されてＤフリップフロップ１１
ｆ側に信号が伝送されず、可変増幅回路１２（１３）の
増幅率は低減されたままである。ところが、加算信号が
最小レベルＥＬより低下してコンパレータ１０Ｂから
「Ｌ」レベルの判別信号が出力されると、ＮＯＴ回路１
１ｂ、ＮＡＮＤ回路１１ｄ、ＲＳフリップフロップ１１
ｅを通じてＤフリップフロップ１１ｆに「Ｈ」レベルの
信号が入力され、この状態で発振回路１０１からクロッ
ク信号が入力されるとＤフリップフロップ１１ｆがセッ
トされて（Ｑ出力が「Ｈ」）、可変増幅回路１２（１
３）のＦＥＴ（Ｆ１’）が導通して増幅率が増加される
ようになっている。

【００２６】尚、１４は増幅率切換部であり、切換スイ
ッチ１４ａを接点ａに切り換えると、上述した制御によ
り自動的に増幅率の設定が行なわれ、また、接点ｂに切
り換えると増幅率が高い状態で固定され、逆に、接点ｃ
に切り換えると増幅率が低い状態で固定される。また、
１５は出力飽和表示部であり、加算回路１１３から出力
された加算信号が最大レベルＥＨを越えているときは正
常な信号処理ができないため、レベル判別部１０のコン
パレータ１０Ａの判別信号によって飽和表示を行うよう
にされている。

【００２７】次に、図６の（ａ）〜（ｃ）は、請求項３
に記載の本発明の光学式変位計の位置検出方法をタイム
チャートをもって示したもので、発光素子から物体に向
けて変調光を出力し、物体による反射光を位置検出素子
で受光するまでの動作は従来の変位計と同一であるが、
本発明方法では、位置検出素子から出力される一対の位
置信号の各々を、予め離散的に設定された複数の増幅率
のなかから選択された増幅率で増幅し、増幅された一対
の位置信号の加算信号を所定の基準レベルと比較して誤
差積分信号を求め、クロック信号の入力タイミングにお
いて、この誤差積分信号が所定の最大レベルＥＨを越え
ておれば、一対の位置信号の増幅率を現在の増幅率から
１段階増加させ、また、この誤差積分信号が所定の最小
レベルＥＬより低下していない場合であっても中間レベ
ルＥＭより低下しておれば、一対の位置信号の増幅率を
現在の増幅率から１段階低減させるように負帰還制御を
行うようにされている。つまり、加算信号レベルが低下
しているときには増加させるために誤差積分信号が増大
し、逆に、加算信号レベルが増加しているときには低下
させるために誤差積分信号が低減する負帰還制御構成と
なっているので、本発明方法のように、誤差積分信号が
常に中間レベルと最大レベルとの間に入るように制御す
ることによって、加算信号レベルを低い状態にし低増幅
率状態の期間を増やすことが可能となり処理信号の分解
能を向上させることができる。

【００２８】図７は、請求項４に記載した本発明の光学
式変位計２の要部構成例を示したもので、上述した従来
の光学式変位計１００と同一部分には、同一の符号を付
して説明を省略する。図において、２０は、加算回路１
１３から出力される加算信号を予め定められた基準レベ
ルＥＲと比較してその誤差成分を積分する誤差積分回路
であり、得られた誤差積分信号は、後述するレベル判別
回路２１に加えられるとともに、変調回路（不図示）側
に伝送されて加算信号のレベルが所定値に安定するよう
に光学的フィードバックループを形成させている。

【００２９】２１は誤差積分回路から出力される誤差積
分信号が、最大レベルＥＨを越えたときに判別信号を出
力するコンパレータ２１Ａ、中間レベルＥＭを越えたと
きに判別信号を出力するコンパレータ２１Ｂ（本実施例
では、中間レベルＥＭより低下したときに判別信号を出
力する構成としている）、および、誤差積分信号が最小
レベルＥＬより低下したときに判別信号を出力するコン
パレータ２１Ｃを有したレベル判別部である。可変増幅
回路２３（２４）は、増幅回路２３ａ（２４ａ）に接続
する抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・Ｒｎを各々直列に接続
されたＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・Ｆｎ）を選択的
にオン駆動させることによって、増幅率を離散的に切換
設定できるようになっている。

【００３０】２２は等価的に示されるロータリスイッチ
２２ａを有した増幅率制御部であり、クロック信号が入
力されたときに、誤差積分信号が最大レベルＥＭを越え
てコンパレータ２１Ａから判別信号が出力されておれ
ば、ロータリスイッチ２２ａを切り換えて現在設定され
ている増幅率を１段階増加させる制御信号を可変増幅回
路２３，２４に同時に送出し、逆に、誤差積分信号が最
小レベルＥＬまで低下していない場合であっても中間レ
ベルＥＭより低下してコンパレータ２１Ｂから判別信号
が出力されておれば、現在設定されている増幅率を１段
階低減させる制御信号を可変増幅回路２３，２４に同時
に送出するようになっており、誤差積分信号が中間レベ
ルＥＭと最大レベルＥＨの間にあってレベル判別部２１
から判別信号が出力されていなければ、ロータリスイッ
チ２２ａの切り換えを行わずに現在設定されている増幅
率をそのまま保持させる動作を行うようになっている。

【００３１】このように、本発明の光学式変位計２によ
れば、上述した光学式変位計１と同様に、レベル判別部
２１のコンパレータ２１Ａ〜２１Ｃによって、誤差積分
回路２０から出力される誤差積分信号が、最大レベルＥ
Ｈと最小レベルＥＬとの間で、且つ、中間レベルよりも
高いことを監視しているので、中間レベルを設けない場
合に比べて可変増幅回路２３，２４の増幅率を低減させ
た期間を増やすことができ、処理信号の分解能、安定性
を向上させることができる。

【００３２】図８は、図７に示した光学式変位計２の全
体構成図を示したもので、従来の変位計１００および上
記要部構成例に示した部分と同一部分については同一の
符号を付して説明を省略する。

【００３３】図９は、上記光学式変位計２において、可
変増幅回路２３，２４の増幅率の可変設定数を２にした
場合の詳細な構成例を示したもので、従来の変位計１０
０および上記要部構成例に示した部分と同一部分につい
ては同一の符号を付して説明を省略する。

【００３４】レベル判別部２１は、コンパレータ２１
Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと抵抗Ｒ２０〜Ｒ２３で構成されて
おり、誤差積分回路２０から出力された誤差積分信号
が、最大レベルＥＨを越えておればコンパレータ２１Ａ
の出力のみが「Ｌ」レベルになり、中間レベルＥＭより
低下するとコンパレータ２２Ｂのみが「Ｌ」レベルにな
り、誤差積分信号が最小レベルＥＬより低下すると、コ
ンパレータ２１Ｂおよび２１Ｃの出力が「Ｌ」レベルに
なる。また、誤差積分信号が中間レベルＥＬよりも大き
く最大レベルＥＨよりも小さいときには、全コンパレー
タ２１Ａ〜２１Ｃの出力が「Ｈ」レベルとなる。

【００３５】増幅率制御部２２は、ＮＯＴ回路２２ａ，
２２ｂ、ＮＡＮＤ回路２２ｃ，２２ｄ、ＲＳフリップフ
ロップ２２ｅ、Ｄフリップフロップ２２ｆで構成されて
おり、その動作については、上述した変位計１の増幅率
制御部１１と同一であるので説明を省略する。

【００３６】尚、この変位計２では、レベル判別部２１
のコンパレータ２１Ａ，２１Ｂと増幅率制御部２２のＮ
ＯＴ回路２２ａ，２２ｂの接続を反転させており、これ
によって、誤差積分信号が増加すれば増幅率を増加さ
せ、逆に、誤差積分信号が低下すれば増幅率を低減させ
る負帰還制御を行わせるようにされている。

【００３７】また、発振回路１０１に接続されたＮＯＴ
回路２６，ＦＥＴ２７およびボルテージフォロワ回路２
８は、発振パルスが出力されている期間だけ、誤差積分
回路２０から出力される誤差積分信号が変調回路１０２
側に伝送されてフィードバック制御が行なわれるように
制御を行っている。

【００３８】更に、増幅率切換部２５は上述した増幅率
切換部１４と同様に、切換スイッチ２５ａを接点ａに接
続すると、上述した制御により自動的に増幅率の切り換
えが行なわれ、また、接点ｂに接続すると増幅率が高い
状態で固定され、逆に、接点ｃに接続すると増幅率が低
い状態で固定されるようになっている。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１に記載の本発明の位置検出方法によれば、位置検出
素子から出力される一対の位置信号の加算信号が常に所
定のウインドレベル内で、且つ、所定の中間レベルより
も低くなるように自動的に増幅率の制御が行われるの
で、中間レベルを設けない場合に比べて低増幅率で作動
とせる期間を増大させることが可能となり、分解能、安
定性をより一層向上させることができる。また、請求項
２に記載の本発明の光学式変位計によれば、請求項１に
記載の方法を用いることによって増幅率を低減させ分解
能を向上させた変位測定処理を行うことができる。請求
項３に記載の本発明の位置検出方法によれば、位置検出
素子から出力される一対の位置信号の加算信号を基準レ
ベルと比較して誤差積分信号を求め、求めた誤差積分信
号が常に所定のウインドレベル内で、且つ、中間レベル
よりも高くなるように自動的に制御が行われるので、中
間レベルを設けない場合に比べて低増幅率で作動とせる
期間を増大させることが可能となり、分解能、安定性を
より一層向上させることができる。また、請求項４に記
載の本発明の光学式変位計によれば、請求項３に記載の
方法を用いることによって増幅率を低減させ分解能を向
上させた変位測定処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、請求項１に記載の本発明方
法を説明するタイムチャートである。

【図２】請求項２に記載の本発明の光学式変位計の要部
構成例図である。

【図３】請求項２に記載の本発明の光学式変位計の詳細
な構成例図である。

【図４】図３に示した光学式変位計において、可変増幅
回路の増幅率が２段の場合の詳細な構成例図である。

【図５】（ａ）〜（ｇ）は、図４に示した光学式変位計
の増幅率制御部の動作を説明するタイムチャートであ
る。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、請求項３に記載の本発明方
法を説明するタイムチャートである。

【図７】請求項４に記載の本発明の光学式変位計の要部
構成例図である。

【図８】請求項４に記載の本発明の光学式変位計の詳細
な構成例図である。

【図９】図７に示した光学式変位計において、可変増幅
回路の増幅率が２段の場合の詳細な構成例図である。

【図１０】従来の光学式変位計の構成例図である。

【図１１】図１０に示した光学式変位計の可変増幅回路
の動作説明図である。

【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、図１０に示した光学式変
位計の動作を説明するタイムチャートである。

【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、同時出願の光学式変位計
の位置検出方法を説明するタイムチャートである。

【符号の説明】

１０４・・・発光素子（レーザーダイオード） １０５・・・位置検出素子 １，２・・・光学式変位計 １２，１３，２３，２４・・・可変増幅回路 １１３・・・加算回路 １０，２１・・・レベル判別部 １１，２２・・・増幅率制御部 ＥＲ・・・基準レベル ２０・・・誤差積分回路 ＥＨ・・・最大レベル ＥＬ・・・最小レベル ＥＭ・・・中間レベル

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】従って、図１２の（ａ）〜（ｃ）に示した
ように、クロック信号（発振回路１０１の出力信号）に
同期して、レベル判別部１１７の各コンパレータの判別
信号から加算信号のレベルレンジを求め、求めたレンジ
に応じて定められた増幅率（図１０参照）で位置信号Ｉ
１，Ｉ２を増幅して加算信号（Ｉ１＋Ｉ２）が常に一定
範囲内になるように制御が行われている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子から物体に向けて変調光を出力
   し、物体による反射光を、受光位置に応じた一対の位置
   信号を出力する位置検出素子で受光して物体の変位量を
   測定するようにした光学式変位計に用いられる位置検出
   方法であって、 上記位置検出素子から出力される一対の位置信号の各々
   を、予め設定された複数の増幅率のなかから選択された
   増幅率で増幅し、 増幅された一対の位置信号の加算信号が、信号処理可能
   な所定の最大レベルおよび最小レベルで定まるウインド
   レベル内で、且つ、ウインドレベル内の所定の中間レベ
   ルよりも低くなるように、上記各々の増幅率を同時に順
   次増加あるいは低減させるようにした光学式変位計の位
   置検出方法。
2. 【請求項２】発光素子から物体に向けて変調光を出力
   し、物体による反射光を、受光位置に応じた一対の位置
   信号を出力する位置検出素子で受光して物体の変位量を
   測定するようにした光学式変位計において、 上記位置検出素子から出力される一対の位置信号の各々
   を、予め設定された複数の増幅率のなかから選択された
   増幅率で個別に増幅する１組の可変増幅回路と、 該可変増幅回路で増幅された一対の位置信号を加算する
   加算回路と、 上記加算信号が、信号処理可能な所定の最大レベルおよ
   び最小レベルで定まるウインドレベル内に入っているか
   否か、および、これら最大レベルおよび最小レベルの間
   の所定の中間レベルを越えているか否かを判別するレベ
   ル判別部と、 予め定められた所定周期毎に、上記レベル判別部から出
   力される判別信号に応じて、上記加算信号が上記最大レ
   ベルを越えない場合であっても上記中間レベルを越えた
   ときには、上記各々の可変増幅回路の増幅率を現在の増
   幅率から１段階同時に低減させる一方、上記加算信号が
   上記最小レベルより低下したときには、上記各々の可変
   増幅回路の増幅率を現在の増幅率から１段階同時に増加
   させる増幅率制御部とを備えたことを特徴とする光学式
   変位計。
3. 【請求項３】発光素子から物体に向けて変調光を出力
   し、物体による反射光を、受光位置に応じた一対の位置
   信号を出力する位置検出素子で受光して物体の変位量を
   測定するようにした光学系のフィードバックループを有
   した光学式変位計に用いられる位置検出方法であって、 上記位置検出素子から出力される一対の位置信号の各々
   を、予め設定された複数の増幅率のなかから選択された
   増幅率で増幅し、 増幅された一対の位置信号の加算信号を所定の基準レベ
   ルと比較して誤差積分信号を求め、 求めた誤差積分信号が、信号処理可能な所定の最大レベ
   ルおよび最小レベルで定まるウインドレベル内で、且
   つ、ウインドレベル内の所定の中間レベルよりも高くな
   るように、上記各々の増幅率を同時に順次増加あるいは
   低減させるようにした光学式変位計の位置検出方法。
4. 【請求項４】発光素子から物体に向けて変調光を出力
   し、物体からの反射光を、受光位置に応じた一対の位置
   信号を出力する位置検出素子で受光して物体の変位量を
   測定するようにした光学系のフィードバックループを有
   した光学式変位計において、 上記位置検出素子から出力される一対の位置信号の各々
   を、予め設定された複数の増幅率のなかから選択された
   増幅率で個別に増幅する１組の可変増幅回路と、 該可変増幅回路で増幅された一対の位置信号を加算する
   加算回路と、 上記加算信号を予め定められた基準レベルと比較してそ
   の誤差分を積分する誤差積分回路と、 上記誤差積分信号が、信号処理可能な所定の最大レベル
   および最小レベルで定まるウインドレベル内に入ってい
   るか否か、および、これら最大レベルおよび最小レベル
   の間の所定の中間レベルを越えているか否かを判別する
   レベル判別部と、 予め定められた所定周期毎に、上記レベル判別部から出
   力される判別信号に応じて、上記誤差積分信号が上記最
   大レベルを越えたときには、上記各々の可変増幅回路の
   増幅率を現在の増幅率から１段階同時に増加させる一
   方、上記誤差積分信号が上記最小レベルより低下しない
   場合であっても上記中間レベルより低下したときには、
   上記各々の可変増幅回路の増幅率を現在の増幅率から１
   段階同時に低減させる増幅率制御部とを備えたことを特
   徴とする光学式変位計。