JPH06103181B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents

光学式変位測定装置

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JPH06103181B2
JPH06103181B2 JP1109090A JP10909089A JPH06103181B2 JP H06103181 B2 JPH06103181 B2 JP H06103181B2 JP 1109090 A JP1109090 A JP 1109090A JP 10909089 A JP10909089 A JP 10909089A JP H06103181 B2 JPH06103181 B2 JP H06103181B2
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measuring device
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裕明 五十嵐
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、光ビームを照射して複数点の距離または変位
を同時に測定する光学式変位測定装置に関する。
【従来の技術】
従来、距離または変位を測定するために、例えばレーザ
ビームを被測定物体に照射し、その反射光を検出する光
学式変位測定装置が用いられている。この光学式変位測
定装置によると、被測定物体までの距離または被測定物
体の変位を非接触で精度良く測定することができる。 この光学式変位測定装置を複数個用い、近接する複数個
の測定点の距離または変位を同時に検出しようとする場
合、各反射光の検出部に、他の測定点に照射した光ビー
ムの反射光が同時に入射し、これを弁別することができ
ない。そのため近接する複数個の測定点の距離または変
位を同時に検出しようとすると、測定誤差が生じ、測定
精度が悪くなるという問題点があった。
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を除去するためになされた
ものであり、近接する複数個の測定点の距離または変位
を誤差を生じることなく同時に検出することができる光
学式変位測定装置を得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】
上記課題を解決するための本発明を適用する光学式変位
測定装置は、被測定物体に光ビームを照射し、被測定物
体からの反射光を受光して検出した信号により、被測定
物体までの距離または被測定物体の変位を非接触に測定
する変位測定手段と、被測定物体に照射する前記光ビー
ムを異なる変調周波数によって強度変調する発振回路
と、受光する前記反射光の検出信号から所定の変調周波
数信号を抽出する手段とを複数個備えたことを特徴とす
る。 変位測定手段は、指向性の良い光ビームを発生する光源
と、光ビームを距離または変位を測定すべき方向と平行
に照射し被測定物体上に光点を形成させる照射レンズ
と、照射レンズの光軸と異なる方向に被測定物体上の光
点からの反射光を集光して光点の像を形成する集光レン
ズと、前記光点の像の位置を検出する位置検出部と、位
置検出部からの位置出力信号を被測定物体までの距離ま
たは被測定物体の変位に変換する変換回路とから構成さ
れている。 変調周波数信号を抽出する手段は、光ビームを変調する
強度変調周波数と同一の周波数で同期検波する回路が好
ましい。
【作用】
本発明の光学式変位測定装置は、近接する複数個の測定
点の距離または変位を同時に検出する際、変位測定手段
で照射し受光する複数個の光ビームを異なる変調周波数
によって強度変調し、検出信号から所定の変調周波数信
号を抽出して弁別するから、他の光ビームからの反射光
が位置検出部に入射しても光ビームの選択性が向上し位
置検出に影響を及ぼさない。 変調周波数信号を抽出する手段では光ビームを変調する
強度変調周波数と同一の周波数で同期検波することによ
り、安定した周波数選択特性を容易に実現できる。
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 第1図は本発明を適用する光学式変位測定装置の一実施
例を示すブロック図である。この光学式変位測定装置は
2つの光ビームを有し、2点の測定点を同時に測定する
装置である。 第1図において、100及び200はそれぞれ変位検出部を示
し、変位検出部100,200は全く同じ構成である。300は被
測定物体、101,201は変位検出部100,200の発振回路、10
2,202は光源、103,203は照射レンズ、104,204は照射光
ビーム、105,105a,205,205aは反射光である。106,206は
集光レンズ、107,207は位置検出素子、108,108a,208,20
8aは整流回路、109,209は演算回路、110,210は変換回路
である。 変位検出部100,200は、被測定物体300上の近接する任意
の測定点に対し照射光ビーム104,204照射し、その反射
光105,205を受光することにより被測定物体300までの距
離またはその変位を検出し、変位検出信号を出力する。
もちろん被測定物体300は必ずしも同一のものに限らな
い。 上記のように構成された光学式変位測定装置の動作を説
明するにあたり、まず第2図を参照して変位検出の原理
を説明する。第1図における変位検出部100及び200は同
一の構成をとるので、変位検出部100を例として、変位
検出に密接に係る主構成部を抜粋したものが第2図であ
る。 第2図において、照射レンズ103により指向性良く収束
された細い照射光ビーム104は被測定物体300上に光点を
形成する。被測定物体300が理想的鏡面以外の物体の場
合は、その表面に照射された光は散乱反射するため光点
は、種々の角度から観測できる。これらの反射光成分の
うち、集光レンズ106を通過する成分の反射光105によ
り、位置検出素子107に光点の像を結ぶように位置検出
素子107が配置されている。被測定物体300が矢印の方向
に2Lだけ変位するのに伴って、光点の位置は照射光ビー
ム104の光軸上を−Lから0を通って+Lと変化する。
この光点の像は集光レンズ106により位置検出素子107上
の−L1〜O1〜+L1に結像される。このようにして被測定
物体300の変位は、位置検出素子107上の光点の像の位置
に置換される。この像の位置を検出することにより、被
測定物体300の変位を検出することができる。 次に、再び第1図に戻り変位検出部100・200の動作を説
明する。 発振回路101,201は相異なる周波数の変調信号を発生す
る。これは後にそれぞれの変調周波数成分を弁別するた
めである。光源102,202は、発振回路101,201の出力する
相異なる周波数の変調信号により強度変調された光を発
する。この光は照射レンズ103,203により収束されて、
細い照射光ビーム104,204となる。これら照射光ビーム1
04,204は被測定物体300の表面で乱反射する。乱反射光
の一部である反射光105,205は、集光レンズ106,206によ
り位置検出素子107,207に結像される。 もし照射光ビーム104,204が乱反射する位置(測定点)
が近接している場合には、乱反射の他の成分である反射
光105a,205aがそれぞれ他方の集光レンズ206,106を介し
て他方の位置検出素子207,107に入射する。従って、こ
の場合、位置検出素子107及び207で反射光105,205aと20
5,105aが同時に検出される。位置検出素子107,207は、
入射する光を受光して光電変換した信号を光の入射位置
に応じた比で2信号に分けて、整流回路108,108a及び20
8,208aに出力する。整流回路108,108a及び208,208aは、
発振回路101及び201の出力する相異なる変調信号周波数
が弁別できる特性を有した帯域通過ろ波器からなる。従
って、この整流回路108,108a及び208,208aにより、他方
の測定点から反射し位置検出素子107及び207に入射する
光の影響を取り除き、測定誤差を除去することができ
る。 この整流回路108,108a及び208,208aからの出力A1,B1
びA2,B2は、所定の測定点の位置情報のみが抽出されて
いるので、演算回路109,209により、(A1−B1)/(A1
+B1)及び(A2−B2)/(A2+B2)の演算をすることに
より測定点に対応した位置信号を得ることができる。 この比は、総受光量が変化しても測定点の変位に対応し
て常に一定となるので、被測定物体の反射特性に依存す
る誤差を生じない。演算回路109,209から出力される位
置信号は変換回路110,210により、測定点の変位量に変
換され、変位信号として出力される。この変換回路110,
210としては指数関数回路や、ディジタル演算回路など
が用いられる。 第3図は別な実施例を示すブロック図で、変位検出部10
0と変位検出部200に発振回路400から同一の同期信号を
出力する例である。この実施例においては、発振回路10
1及び201は発振回路400の出力する同一の同期信号によ
り、相異なる周波数で同期した出力を発生する。また、
整流回路108,108a,208,208aとして、同期検波回路を使
用している。このため発振回路101,201は、光源102,202
に対して光源変調信号を出力するほか、同期検波回路か
らなる整流回路に対して参照信号を出力する。同期検波
回路としては、乗算器や反転型位相敏感検波器と、低域
通過ろ波器を組み合わせた回路が用いられる。このよう
に構成された同期検波回路によっても、第1図の実施例
における帯域通過ろ波器と同様な作用が得られる。 ここで発振回路101,201から送られる光源変調信号及び
参照信号として正弦波を用い、乗算器と低域通過ろ波器
から構成された同期検波回路を用いた場合には、発振回
路101,201の出力周波数fを、f=N×f(Nは自
然数、fは発振回路400の出力周波数)の関係とし、低
域通過ろ波器は周波数fを遮断する特性とすることによ
り、各測定点の変位に対して最大の応答性を保ちつつ、
他方の測定点からの反射による測定誤差を除去すること
ができる。乗算器出力は、入力信号と参照信号の和と差
の周波数成分に変換される特性において、正弦波は高調
波成分を有しないので、所定の測定点(N=1)の周波
数f1=fは直流分と、f+f=2fに変換される。雑音成
分である他方の測定点(N=2)の周波数f2=2fは2f−
f=fと2f+f=3fに変換される。このことから、所定
の測定点のみを抽出するには、直流分を選択し、f以上
の周波数を遮断すれば良いことによる。 なおN>2の場合も同様である。この場合は特定周波数
帯域で光源変調周波数を多数設けられるので、容易に測
定点を多様化することができる。 また光源変調信号として正弦波、参照信号として短形波
を用い、乗算器と低域通過ろ波器から構成された同期検
波回路を用いた場合や、光源変調信号を正弦波として、
反転型位相敏感検波器と低域通過ろ波器から構成された
同期検波回路を用いた場合には、発振回路101,201の出
力周波数fをf=2(N−1)×fの関係とし、低
域通過ろ波器は周波数fを遮断する特性とすることによ
り、前記の場合と同様な作用を奏することができる。こ
の場合、乗算器あるいは反転型位相敏感検波器の出力は
高調波成分を有しない正弦波と、奇数次高調波を有する
矩形波の和と差の周波数成分に変換される。そのため、
所定の測定点(N=1)の周波数f1=fは、直流分と偶
数次高調波に変換され、雑音成分である他方の測定点
(N=2)の周波数f2=2fは2f−f=fと、奇数次高調
波に変換される。従って、所定の測定点のみを抽出する
には、直流分を選択して、f以上の周波数を遮断すれば
良い。 N>2の場合も、f=2(N−1)×fの関係におい
て、基本波とその高調波は輻輳せず同様な作用を奏する
ことができる。この場合は光ビームの弁別を安価な素子
で行なうことができるとともに、光ビームの選択性と安
定性の向上を図ることができる。 なお、上記各実施例においては2個の変位検出部を使用
した場合について説明したが、2個以上の変位検出部を
使用しても上記実施例と同様に適用することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学式変位測定装置によ
れば、近接する複数個の測定点の距離または変位を同時
に検出する際、変位測定手段で照射し受光する複数個の
光ビームを弁別手段で弁別するから、他の光ビームから
の反射光が位置検出部に入射しても位置検出に影響を及
ぼさない。従って、近接する複数点からの反射に伴う測
定誤差を除去することができ、近接する複数点の距離ま
たは変位を同時に精度良く測定することができる。弁別
手段を、変位測定手段で照射する光ビームを異なる周波
数によって強度変調する発振回路と、位置検出部に設け
られ所定の周波数のみを抽出する整流回路とで構成する
ことにより、光ビームの選択を容易に行なうことができ
る。また整流回路では、光ビームを変調する強度変調周
波数と同一の周波数で同期検波することにより、低域通
過ろ波器により周波数選択を行なうことができ、狭帯域
で安定な周波数選択特性を容易に実現することができ、
光ビームの選択性及び安定性の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する光学式変位測定装置の実施例
を示すブロック図、第2図は上記実施例の変位測定の原
理を示す説明図、第3図は別な実施例を示すブロック図
である。 100,200……変位検出部、101,201……発振回路、102,20
2……光源 103,203……照射レンズ、106,206……集光レンズ、107,
207……位置検出素子 108,108a,208,208a……整流回路、109,209……演算回路 110,210……変換回路、300……被測定物、400……発振
回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物体に光ビームを照射し、被測定物
    体からの反射光を受光して検出した信号により、被測定
    物体までの距離または被測定物体の変位を非接触に測定
    する変位測定手段と、被測定物体に照射する前記光ビー
    ムを異なる変調周波数によって強度変調する発振回路
    と、受光する前記反射光の検出信号から所定の変調周波
    数信号を抽出する手段とを複数個備えたことを特徴とす
    る光学式変位測定装置。
  2. 【請求項2】前記変位測定手段が、指向性の良い光ビー
    ムを発生する光源と、光ビームを距離または変位を測定
    すべき方向と平行に照射し被測定物体上に光点を形成さ
    せる照射レンズと、該照射レンズの光軸と異なる方向に
    被測定物体上の光点からの反射光を集光して光点の像を
    形成する集光レンズと、前記光点の像の位置を検出する
    位置検出部と、該位置検出部からの位置出力信号を被測
    定物体までの距離または被測定物体の変位に変換する変
    換回路とからなる請求項1に記載の光学式変位測定装
    置。
  3. 【請求項3】前記変調周波数信号を抽出する手段が光ビ
    ームを変調する周波数と同一の周波で同期検波する回路
    を備えた請求項1に記載の光学式変位測定装置。
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