JPH0776697B2 - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
- Publication number
- JPH0776697B2 JPH0776697B2 JP1008035A JP803589A JPH0776697B2 JP H0776697 B2 JPH0776697 B2 JP H0776697B2 JP 1008035 A JP1008035 A JP 1008035A JP 803589 A JP803589 A JP 803589A JP H0776697 B2 JPH0776697 B2 JP H0776697B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- control
- displacement
- circuit
- measuring device
- Prior art date
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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る。
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る。
（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。
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ィードバック制御に
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。
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ィードバック制御に
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。
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。
（課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、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Ｔを、前記受光レベル
Ｒとあらかじめ設定された最適受光レベルＤより、乗除
算（Ｄ・Ｔ）/Rで求める投光強度演算部を制御ループ内
に設けたもので、以下実施例につき図面により詳細に説
明する。
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、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Ｔを、前記受光レベル
Ｒとあらかじめ設定された最適受光レベルＤより、乗除
算（Ｄ・Ｔ）/Rで求める投光強度演算部を制御ループ内
に設けたもので、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。
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
用いた半導体位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、114,11
5は層域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の形成されており、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層域113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I0の光電流が生じたとすると、
この電流は入射点から両電極までの抵抗、即ち距離に逆
比例して分流する。電極114よりの電流をI1電極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。
用いた半導体位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、114,11
5は層域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の形成されており、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層域113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I0の光電流が生じたとすると、
この電流は入射点から両電極までの抵抗、即ち距離に逆
比例して分流する。電極114よりの電流をI1電極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＝I1/（I1＋I2） ……（１） ここでI1＋I2＝I0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。
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。
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。
（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。
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5,7,9,11,1
2）の伝達率をＫとすると、Ｒは以下のように表わせ
る。
2）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。
る。
Ｒ＝Ｄ Ｔ＝D/K 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。
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。
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。
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。
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
位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。
算回路を用いた投光強度制御の説明図、第３図は半導体
位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。
Claims (1)
- 【請求項１】測定対象に細い光ビームを投光し、これに
よって対象表面上に生じる光点からの反射光を受光して
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Ｔを、前
記受光レベルＲとあらかじめ設定された最適受光レベル
Ｄより、乗除算（Ｄ・Ｔ）/Rで求める投光強度演算部を
制御ループ内に設けたことを特徴とする変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1008035A JPH0776697B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1008035A JPH0776697B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02187620A JPH02187620A (ja) | 1990-07-23 |
| JPH0776697B2 true JPH0776697B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=11682083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1008035A Expired - Lifetime JPH0776697B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776697B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6344114A (ja) * | 1986-08-11 | 1988-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 光学式変位測定装置 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1008035A patent/JPH0776697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02187620A (ja) | 1990-07-23 |
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