JPH10239046A - 光学式変位測定装置および光学式変位測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数台を用いて測定する際に互いに干渉しない
ようにした光学式変位測定装置を提供する。 【解決手段】レーザダイオード１１は適宜周期で変調さ
れたビーム光を対象物３に照射する。位置検出素子２１
は受光スポットの位置に応じた一対の位置信号を出力
し、この位置信号に基づいて処理部では対象物３までの
距離を求める。処理部は、ビーム光を適宜回数だけ対象
物３に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離測
定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調制
御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制御
入力を受けると距離測定の動作を再開させる変調制御回
路３４を備える。したがって、２台の光学式変位測定装
置の変調制御出力を互いに他の変調制御入力とすれば、
両光学式変位測定装置が交互に動作するから干渉するこ
とがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム光を対象物
に照射し、対象物からの反射光を検出することにより、
三角測量法によって対象物までの距離や、対象物の基準
位置からの変位を検出する光学式変位測定装置および光
学式変位測定システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図２９に示すように、レーザ
ダイオード１１から出射した赤外光を投光レンズ１２に
通すことにより得たビーム光を対象物３に照射し、対象
物３からの拡散反射光を受光光学系である受光レンズ２
２を通して位置検出素子２１で受光することにより三角
測量法の原理を適用して対象物３までの距離（あるいは
対象物３の基準位置からの変位）を求めるようにした光
学式変位測定装置が知られている。すなわち、対象物３
にビーム光を照射することにより対象物３の表面に形成
される投光スポットの像を受光レンズ２２を通して位置
検出素子２１の受光面に結像させて受光スポットを形成
し、対象物３までの距離が変化すると受光スポットの形
成される位置が変化することを利用して対象物３までの
距離を求めるようにしてある。

【０００３】レーザダイオード１１は、発振器１３より
出力されＬＤ駆動回路１４を通った周波数ｆＡの駆動信
号により駆動され、正弦波状に光出力が変化するように
変調されたレーザ光を出力する。位置検出素子２１に
は、受光スポットの移動方向に長手方向を一致させるよ
うに配置したＰＳＤ（Position Sensitive Device)や２
個のフォトダイオードを受光スポットの移動方向に配列
したものが用いられている。ＰＳＤはｐｉｎ構造を有す
る半導体素子であって、受光面の長手方向の両端部に設
けた一対の電極と共通電極とを備え、受光面に光スポッ
トが形成されると光スポットの位置で両端部の電極間の
抵抗が光スポットの位置に応じて分割されるものであ
る。すなわち、共通電極より定電流を供給することによ
って、両端部の電極からは光スポットの位置に応じた比
率の電流値を持つ位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが出力される
のである。このように、光スポットの位置が位置信号Ｉ
１Ａ、Ｉ２Ａの比率に対応するから、ＰＳＤの受光面に
形成される光スポットの位置は、（Ｉ１Ａ−Ｉ２Ａ）／
（Ｉ１Ａ＋Ｉ２Ａ）もしくはこれを修正した値の関数に
なる。

【０００４】そこで、位置検出素子２１より出力された
電流信号である位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａは、それぞれＩ
／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂにより電圧信号に変換さ
れ、さらに電圧信号がそれぞれ増幅器２４ａ、２４ｂに
より増幅された後、検波回路２５ａ、２５ｂで同期検波
されることにより信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａのみが抽
出される。検波回路２５ａ、２５ｂは、発振器１３の出
力に基づいてタイミング回路２８により生成されたタイ
ミング信号によって検波のタイミングが制御されてい
る。このようにして抽出された信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ
２Ａは、脈流波形状（レーザ光が変調されていることに
よる）であるから、信号レベルを抽出するためにローパ
スフィルタ２６ａ、２６ｂによって各検波回路２５ａ、
２５ｂの出力値を平均化した位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２
Ａを求める。

【０００５】この位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは位置信
号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値に比例した信号値を有する電
圧信号であるから、演算部２７において（Ｖ１Ａ−Ｖ２
Ａ）／（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）を求めれば、対象物３までの
距離に相当する情報を得ることができる。すなわち、演
算部２７は、（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）を求める差演算部２７
ａと、（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）を求める和演算部２７ｂと、
差演算部２７ａの出力値を和演算部２７ｂの出力値で除
算する割算部２７ｃとからなる。ここに、和演算部２７
ｂで求めた（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）は、位置検出素子２１の
全電流（Ｉ１Ａ＋Ｉ２Ａ）に相当する値であって受光量
に対応しているから、アナログ出力の出力値は、対象物
３の表面の反射率やレーザダイオード１１によるレーザ
光の強度の相違による受光量の変化が演算部２７より出
力される値に影響されないように正規化されていること
になる。つまり、理想的には受光量が変動しても対象物
３までの距離を求めることができることになる。

【０００６】ところで、対象物３の厚みを測定するため
に、２台の光学式変位測定装置（以下では変位センサと
略称する）１Ａ、１Ｂを互いに対向するように配置し、
対象物３の両面までの距離を測定する技術が提案されて
いる。つまり、２台の変位センサ１Ａ、１Ｂを、光ビー
ムが一直線上で互いに逆向きに形成されるように配置
し、各変位センサ１Ａ、１Ｂでの測定値を両者間の距離
から減算することで対象物３の厚みを得るのである。実
際には、厚みが既知である基準ゲージについて各変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂを用いて測定した結果の加算値に基準ゲ
ージの厚みを加算した値を補正定数α（つまり２台の変
位センサ１Ａ、１Ｂの実質的な距離に相当する）とし、
測定対象となる対象物３について各変位センサ１Ａ、１
Ｂで測定した距離ＬＡ、ＬＢの和を上記補正定数αから
減算することにより（つまり、α−（ＬＡ＋ＬＢ））、
対象物３の厚みを求めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に２台の変位センサ１Ａ、１Ｂを用いて対象物３の厚み
を測定する際に、対象物３が非透光性であれば各変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの測定は独立に行なわれることになるか
ら何ら問題を生じないが、対象物３が透光性を有する場
合には両変位センサ１Ａ、１Ｂが干渉して厚みを精度よ
く測定することができなくなる。たとえば、対象物３が
紙やセラミックなどであるときにはビーム光が対象物３
の内部まで到達するから、厚みが小さいときにはビーム
光の一部が裏面側に漏れることになり、互いに他方の変
位センサ１Ａ、１Ｂで受光されることになる。ここで、
ビーム光は上述したように変調されているものであっ
て、両者には位相差があるのが普通であり、しかも２台
の変位センサ１Ａ、１Ｂの特性を完全に一致させること
は困難であるから、ビーム光を変調している周波数ｆ
Ａ、ｆＢにもずれがあるのが普通である。したがって、
各変位センサ１Ａ、１Ｂで受光する光の強度は、図３０
に示すように、周波数ｆＡ、ｆＢの差に相当するビート
周波数で時間変化することになる。また、この時間変化
の振幅は反射光と透過光との比率に応じて変化する。周
波数ｆＡ、ｆＢの差を生じる原因は様々であり、回路定
数のバラツキや温度特性のバラツキなどによっても生じ
るから、受光する光の振幅や周波数は一意に決定するこ
とができないものである。

【０００８】したがって、このようなビート成分を除去
することは困難であって、演算部２７への入力にもビー
ト成分が含まれることになる。つまり、演算部２７に入
力される位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａ（変位センサ１Ｂ
ではＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂになる）は、ビート周波数で振幅が
変化しているから、距離を求める際の分母（（Ｖ１Ａ−
Ｖ２Ａ）、（Ｖ１Ｂ−Ｖ２Ｂ））が変動することにな
り、結果的に測定精度ないし分解能がつねに時間変化す
ることになる。

【０００９】ここにおいて、理想的には受光量が変動し
ても求めた距離は一致することになるが、実際には位置
検出素子２１から演算部２７までの処理には非線形な部
分が含まれるから、受光光量の時間変化の振幅が大きい
と求めた距離が変動することになる。また、場合によっ
ては構成回路のいずれかが飽和する場合もあり、距離測
定ができなくなったり、大きな誤差が生じたりすること
になる。

【００１０】上述の例は対象物３の厚みを測定する場合
について２台の変位センサ１Ａ、１Ｂのビーム光が干渉
する場合について説明したが、変位センサ１Ａ、１Ｂが
複数台設けられ、光ビームが互いに干渉するような配
置、たとえば、変位センサ１Ａ、１Ｂを並設していて、
位置検出素子２１の視野内に投光スポットが形成される
ような位置関係であるときにも干渉する可能性がある。

【００１１】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、複数台を用いて測定する際に互いに
干渉しないようにした光学式変位測定装置および光学式
変位測定システムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、適宜
周期で変調されたビーム光を発光素子から対象物に照射
し、対象物の表面に形成される投光スポットを位置検出
素子の受光面に結像させることにより得た受光スポット
の位置に基づいて処理部において対象物までの距離を求
める光学式変位測定装置であって、ビーム光を上記周期
で適宜回数だけ対象物に照射して距離測定の動作を行な
わせた後に距離測定の動作を停止させるとともに動作停
止中を示す変調制御出力を発生し、かつ外部から動作開
始を示す変調制御入力を受けると距離測定の動作を再開
させる変調制御回路を備えるものである。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、外部から変調制御入力により距離測定の動作開始が
指示されるとビーム光の出射を開始し、動作開始から動
作が安定する程度の所定時間が経過した後に位置検出素
子の出力を用いて距離を求めるものである。請求項３の
発明は、請求項１の発明において、距離測定の動作開始
が指示されてから動作を停止するまでのビーム光の出射
回数を、動作開始直後の動作が不安定である期間におけ
る距離測定の誤差が平均値では無視できる回数になるよ
うに設定するものである。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、位置検出素子と処理部との間にスイッチ要素を挿入
し、スイッチ要素は外部からの変調制御入力によって距
離測定の動作が停止している間には位置検出素子の出力
を処理部に入力しないように設定されるものである。請
求項５の発明は、請求項１の発明において、変調制御回
路が、変調制御出力として２段階の電圧のいずれかを出
力するように構成され、かつ変調制御入力に対して上記
２段階の電圧の間ではない第１の閾値と、上記２段階の
電圧の間である第２の閾値とが設定され、変調制御入力
が第１の閾値に対して上記２段階の電圧側であるときに
第２の閾値と変調制御入力との大小関係に応じて距離測
定の動作の停止と再開とを決定し、外部からの変調制御
入力がなければ第１の閾値に対して上記２段階の電圧と
は反対側の電圧を変調制御入力として設定して距離測定
の動作を停止させることなく継続させるものである。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、処理部が、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保
つように発光素子の光出力をフィードバック制御するフ
ィードバック制御回路を備えるものである。請求項７の
発明は、請求項１の発明において、位置検出素子として
受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決まる一対
の位置信号を出力するものを用い、処理部が、位置検出
素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変で
ある可変増幅器と、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅
器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるよう
に可変増幅器の増幅率をフィードバック制御するフィー
ドバック制御回路とを備えるものである。

【００１６】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて信
号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを用
い、処理部が、位置検出素子から出力される位置信号を
増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、位置検出素
子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力
をフィードバック制御するとともに、一対の位置信号を
それぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほ
ぼ一定になるように可変増幅器の増幅率をフィードバッ
ク制御するフィードバック制御回路とを備えるものであ
る。

【００１７】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８の光学式変位測定装置を複数台用いるとともに相互に
干渉する２群に分け、各群を構成する光学式変位測定装
置の変調制御入力同士および変調制御出力同士をそれぞ
れ共通接続し、各群間で変調制御出力を互いに他群の変
調制御入力とするものである。請求項１０の発明は、請
求項１ないし請求項８の光学式変位測定装置を複数台用
い、変調制御回路は外部からの変調制御入力への立ち上
がりと立ち下がりとの一方で距離測定の動作を開始させ
るように構成され、複数台の光学式変位測定装置が各変
調制御出力を他の変調制御入力とするように順にリング
状に接続されるものである。

【００１８】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて
信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを
用い、処理部が、各位置信号のいずれかをビーム光の変
調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第
１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を
光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段
と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同
期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、
第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置
からの変位を演算する演算部とを備えるものである。

【００１９】請求項１２の発明は、請求項１の発明にお
いて、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて
信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを
用い、処理部が、位置信号同士を減算及び加算して求め
たそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演
算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整
数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッ
チ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの
変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波
手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対
の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッ
チ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を
演算する第２の演算部とを備えるものである。

【００２０】請求項１３の発明は、請求項１の発明にお
いて、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて
信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを
用い、処理部が、位置信号同士を減算及び加算して求め
たそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演
算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整
数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路
と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同
期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信
号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位
置からの変位を演算する第２の演算部とを備えるもので
ある。

【００２１】請求項１４の発明は、請求項１の発明にお
いて、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて
信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを
用い、処理部が、位置検出素子から出力される一方の位
置信号から他方の位置信号を減算した信号及び他方の位
置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出
力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎
に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッ
チ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波
する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づい
て光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変
位を演算する第２の演算部とを備えるものである。

【００２２】請求項１５の発明は、請求項１の発明にお
いて、位置検出素子として受光スポットの位置に応じて
信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力するものを
用い、処理部が、位置検出素子から出力される一方の位
置信号から他方の位置信号を減算した信号及び一方の位
置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出
力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎
に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッ
チ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波
する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づい
て光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変
位を演算する第２の演算部とを備えるものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１に本実施形態の構成を示す。本実施
形態は対象物３の厚みを測定するために２台の変位セン
サ１Ａ、１Ｂをビーム光が一直線上かつ逆向きに形成さ
れるように配置したものであって、各変位センサ１Ａ、
１Ｂは同じ構成を有する。まず各変位センサ１Ａ、１Ｂ
の構成について説明する。

【００２４】対象物３に照射されるビーム光は、従来構
成と同様にレーザダイオード１１から出射された赤外光
を投光レンズ１２を通すことによって得られる。レーザ
ダイオード１１は発振器１３の出力をＬＤ駆動回路１４
に通して得られる周波数ｆＡの駆動信号により駆動され
る。つまり、従来構成と同様に正弦波状に光出力が変化
するように変調されたレーザ光を出力する。

【００２５】一方、対象物３にビーム光を照射すること
により対象物３の表面に形成された投光スポットは受光
レンズ２２を通してＰＳＤよりなる位置検出素子２１の
受光面に結像され、位置検出素子２１の受光面に形成さ
れた受光スポットの位置に応じて位置検出素子２１から
は２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが出力される。両位置
信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの出力値は受光スポットの位置に応
じて比率が決まるから、位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号
値に基づいて対象物３の基準位置からの変位を求めるこ
とができる。ここに、位置検出素子２１の受光面の有効
長の中心に受光スポットが形成されるときのビーム光の
延長線上での対象物３の位置を基準位置としてこの基準
位置からの対象物３の距離の変化を変位として求める
が、投光レンズ１２の中心位置を基準位置として設定し
ておき対象物３までの距離を求めてもよい。

【００２６】本実施形態では、従来２系統を必要として
いた回路の前後にスイッチ回路３１、３２を設けること
によって２系統の信号を時分割的に処理することで１系
統の回路で処理可能としてある。すなわち、位置検出素
子２１から出力された位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａはスイッ
チ回路３１を通して択一的にＩ／Ｖ変換回路２３に入力
される。位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａは、実際には、外乱光
などにより生じる直流成分を含む正弦波状の信号である
が（つまり、直流成分により中心のずれた正弦波状の信
号になる）、以下の説明では直流成分は無視する。受光
スポットの位置は、上記正弦波状の信号の振幅の比率に
対応する。位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２ＡのうちのどちらをＩ
／Ｖ変換回路２３に入力するかは、タイミング回路２８
から出力される切換信号ｔ₁ により制御される。ここ
に、切換信号ｔ₁ は図２（ｆ），（ｉ）を比較すればわ
かるように、オン期間が後述するタイミング信号ｔ₂ の
２倍に設定される。

【００２７】Ｉ／Ｖ変換回路２３の出力は増幅器２４に
入力され、適宜の増幅率で増幅される。増幅器２４の出
力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを
スイッチ回路３１の切換タイミングで接続した信号に相
当する。この出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａは検波回路２
５により同期検波され（ここでの同期検波は、レーザダ
イオード１１から出射されるビーム光の変調周期の半周
期毎に入力信号を反転する処理である）、信号成分Ｖｂ
１Ａ，Ｖｂ２Ａが抽出される。

【００２８】検波回路２５はタイミング回路２８からの
タイミング信号ｔ₂ （図２（ｆ）参照）に同期して入力
信号を検波するものであり、タイミング信号ｔ₂ がＨレ
ベルの期間には増幅器２４の出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２
Ａをそのまま取り出し、タイミング信号ｔ₂ がＬレベル
の期間には増幅器２４の出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａの
極性を反転して取り出す。信号成分Ｖｂ１Ａ，Ｖｂ２Ａ
はスイッチ回路３１と同期するように切換信号ｔ₁ によ
り制御されるスイッチ回路３２によって、位置信号Ｉ１
Ａ、Ｉ２Ａに対応した脈流波形状の一対の信号成分Ｖｄ
１Ａ、Ｖｄ２Ａに分離される。

【００２９】スイッチ回路３２により分離された信号成
分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａはそれぞれローパスフィルタ２６
ａ、２６ｂに入力され、直流成分が取り出される。ロー
パスフィルタ２６ａ、２６ｂから出力される位置情報信
号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは差演算部２７ａに入力され、差演算
部２７ａからは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の差に
相当する信号を得ることができる。また、位置情報信号
Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは和演算部２７ｂにも入力され、位置信
号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の和に相当する信号が得られ
る。差演算部２７ａと和演算部２７ｂとから出力される
位置情報信号は割算部２７ｃに入力され、差演算部２７
ａの出力値が和演算部２７ｂの出力値で除算され、これ
が対象物３までの距離に相当する信号として外部に取り
出される。

【００３０】上述した構成では、位置検出素子２１から
出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａをビーム光の変調周
期に同期させて交互に時分割的に処理しており、Ｉ／Ｖ
変換回路２３、増幅器２４、検波回路２５を共用してい
るから、２系統の回路を用いる場合のような、構成部品
の定数のばらつきや温度特性のばらつきによる誤差が発
生せず、しかも２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを同じ検
波回路２５で同期検波しているからオフセット誤差が発
生しないのである。さらに、検波回路２５よりも前段側
で生じたオフセット誤差は検波回路２５を通すことで相
殺させることができる。なお、検波回路２５で生じるわ
ずかなオフセット誤差は、回路が１系統であることによ
り比較的簡単な構成の補正回路で除去することが可能で
ある。さらに、２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを同一の
回路で処理しているから、スイッチ回路３２により分離
されるまでは周波数特性に差を生じることがなく、レー
ザダイオード１１を駆動する信号の変調周波数に変化が
生じても測距結果に過渡的な誤差が生じない。

【００３１】ところで、本発明の特徴は、変位センサ１
Ａ、１Ｂに変調制御回路３４を設けた点にある。変調制
御回路３４は、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡを受けると
（本実施形態ではＶｍｃＩＮＡがＨレベルであると）発
振器１３の動作を停止させ、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ
がなければ発振器１３を動作させるとともに、変調制御
出力ＶｍｃＯＵＴＡを出力する（本実施形態ではＶｍｃ
ＯＵＴＡをＨレベルにする）ように構成されている。ま
た、発振器１３の動作が停止すれば、検波回路２５も動
作を停止するようにしてある。

【００３２】以上の説明は変位センサ１Ａに関するもの
であるが、変位センサ１Ｂも同様の構成を有しているの
であって、互いの変調制御回路３４は一方の変調制御出
力ＶｍｃＯＵＴＡが他方の変調制御入力ＶｍｃＩＮＢに
なるように相互に接続してある。したがって、一方の変
位センサ１Ａ、１Ｂが動作している間には、他方の変位
センサ１Ｂ、１Ａはビーム光の発生も検波も行なわない
のであって、両変位センサ１Ａ、１Ｂは時分割的に独立
して動作することになる。つまり、両変位センサ１Ａ、
１Ｂ間において相互に干渉が生じることがなくなるので
ある。

【００３３】上記構成の動作タイミングについて図２を
用いて説明する。図２（ａ）は変位センサ１Ａの発振器
１３の出力ＶｍＡ、図２（ｂ）は変位センサ１Ａの変調
制御出力ＶｍｃＯＵＴＡつまり変位センサ１Ｂの変調制
御入力ＶｍｃＩＮＢ、図２（ｃ）は変位センサ１Ｂの発
振器１３の出力ＶｍＢ、図２（ｄ）は変位センサ１Ｂの
変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢつまり変位センサ１Ａの変
調制御入力ＶｍｃＩＮＡである。これらの関係により明
らかなように、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂの発振器１
３が動作してレーザダイオード１１を発光させている期
間には他方の変位センサ１Ｂ、１Ａでは発光が停止され
ており（図２（ｂ），（ｄ）はＨレベルが動作期間）、
両変位センサ１Ａ、１Ｂのレーザダイオード１１が同時
に発光することによるビーム光の干渉が防止されてい
る。

【００３４】また、位置検出素子２１では、両変位セン
サ１Ａ、１Ｂからの光を受光するから、位置センサ１Ａ
では発振器１３の動作が停止している期間であっても図
２（ｅ）のように増幅器２４から出力信号Ｖａ１Ａ、Ｖ
ａ２Ａが得られることになるが、検波回路２５では図２
（ｆ），（ｇ）のように、変位センサ１Ａの発振器１３
が停止している期間には、検波回路２５の動作も停止さ
せることによって（図２（ｇ）のＨレベルは停止期
間）、他の変位センサ１Ａ、１Ｂの光によって距離を求
めることを防止してある。つまり、変位センサ１Ａの検
波回路２５の出力は図２（ｈ）のようになり、変位セン
サ１Ｂの動作中には検波回路２５の出力が０Ｖになって
他方の変位センサ１Ｂの動作の影響を除去することがで
きる。図２（ｉ）はスイッチ回路３２を切り換えるタイ
ミング信号ｔ₁ を示し、スイッチ回路３２により図２
（ｊ），（ｋ）のように、信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａ
が分離されるのである。分離後の処理は従来と同様にな
る。

【００３５】以上説明した動作のように、２台の変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂが交互に動作することによって、相互に
干渉することなく距離を測定することができるのであ
る。ここに、本実施形態ではレーザダイオード１１の発
光周期の２周期ごとに距離測定を行なう変位センサ１
Ａ、１Ｂを切り換えているが、この周期についてとくに
制限はない。

【００３６】なお、従来構成では位置検出素子２１から
出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対してＩ／Ｖ変換
回路２３ａ、２３ｂ、増幅器２４ａ、２４ｂ、検波回路
２５ａ、２５ｂを２系統設けていたのに対して、本実施
形態では、Ｉ／Ｖ変換回路２３、増幅器２４、検波回路
２５を１系統だけ設け、スイッチ回路３１、３２により
切り換えている点で変位センサ１Ａ、１Ｂとしての構成
が異なる。しかして、本実施形態のように構成すること
によって、各変位センサ１Ａ、１Ｂでの発振器１３の出
力の停止や開始による過渡期間においても位置信号Ｉ１
Ａ、Ｉ２Ａが同特性で処理されることによって、距離測
定に誤差を生じないのである。従来構成において両位置
信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを処理する回路の応答性を揃えるこ
とは現状の技術では困難であって、仮に完全な調整や補
正を行なったとしても温度変化や経時変化により応答性
にずれが生じるから、従来構成を採用すると測定の誤差
は避けられないものである。これに対し本実施形態の構
成を採用すれば、この種の測定誤差は原理的に発生しな
いから、測定精度が高くなるのである。

【００３７】（実施形態２）本実施形態では、図３に示
すように、スイッチ回路３１、３２を異なる切換タイミ
ング信号ｔ₁ 、ｔ₅ を用いて制御しているものである。
また、図２と図４とを比較するとわかるように、検波回
路２５に与えるタイミング信号ｔ₂ 、ｔ₄ も実施形態１
とは異ならせてある。

【００３８】つまり、実施形態１の構成では、変調制御
回路３４において変位センサ１Ａ、１Ｂの動作を切り換
えた直後から測定を開始しているから、変位センサ１
Ａ、１Ｂの応答性によっては、信号の処理に遅れが生じ
て波形歪みが発生し、結果的に距離の測定精度に誤差が
生じることがある。そこで、本実施形態では、変位セン
サ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、ビーム光や処理回路の
動作が安定するまでは距離測定を行なわないようにして
いるのである。

【００３９】図示例では、各変位センサ１Ａ、１Ｂが発
振器１３の出力ＶｍＡ、ＶｍＢの１周期で動作が安定す
る例を示してある。つまり、図４（ｆ）のように、変位
センサ１Ａ、１Ｂの切換直後には、本来ならば一点鎖線
のような波形になるべきところが、実線のような波形に
なる。そこで、図４（ａ）のようにビーム光の発光を切
換直後から行なうとともに、図４（ｇ）のように検波回
路２５にタイミング信号ｔ₂ を与えるが、図４（ｈ）の
ように検波回路２５の出力は禁止しておくのである。こ
のような動作に伴ってスイッチ回路３１、３２の切換に
用いる切換信号ｔ₁ 、ｔ₅ はそれぞれ図４（ｅ）（ｊ）
のようになり、検波回路２５の出力は図４（ｉ）、スイ
ッチ回路３２の出力は図４（ｋ）（ｌ）のようになる。
要するに、変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、動
作が安定するまでの期間は検波回路２５の出力を取り出
さないようにし、それに応じてスイッチ回路３１、３２
の切換タイミングも変更した点のみが実施形態１と相違
する。

【００４０】このような構成を採用することによって、
動作が安定してから距離の測定することができるように
なり、測定精度がより高くなるのである。 （実施形態３）本実施形態は、図５に示すように、実施
形態１の回路構成においてタイミング信号ｔ₂ 、ｔ₄ を
変更したものである。すなわち、実施形態１では変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの動作の切換毎にレーザダイオード１１
を２回ずつ発光させているが、本実施形態では６回ずつ
発光させるようにしてある。発光回数は６回に限定され
るものではなく、複数回の発光による距離の測定値の平
均値について、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後
における測定値の誤差が無視できる程度になる回数を選
択する。しかして、複数回の発光により求めた距離を積
分するなどして平均値に相当する値を求めるようにすれ
ば、誤差の割合を低減することができる。

【００４１】本実施形態は、実施形態２と同様に変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後において測定値に誤差
が生じることへの対処技術であるが、実施形態２のよう
に不安定である期間の測定値を捨てる必要がないから、
タイミング関係は実施形態２よりも簡素であり、変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの切換を実施形態１では２回の発光毎で
あったのを、２Ｎ（Ｎは２以上）回の発光毎に変更して
いるだけである。他の構成および動作は実施形態１と同
様である。

【００４２】（実施形態４）実施形態１におけるスイッ
チ回路３１は、Ｉ／Ｖ変換回路２３に対して位置検出素
子２１から出力される２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの
どちらかを必ず入力するものであったが、図６に示すよ
うに、本実施形態ではＩ／Ｖ変換回路２３に対して２つ
の位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａのどちらも入力しない状態を
持つスイッチ回路３１′を用いた点が相違する。要する
に、実施形態１では相手側の変位センサ１Ａ、１Ｂの動
作期間中には検波回路２５の出力を停止させていたが、
本実施形態では同期間中に位置検出素子２１からＩ／Ｖ
変換回路２３への入力を禁止するように構成してある。
つまり、図７に示すように、切換信号ｔ₁ だけではな
く、タイミング信号ｔ₄ を合わせて用いることによっ
て、３位置をとるスイッチ回路３１’を制御するもので
ある。

【００４３】この構成によれば、位置検出素子２１が通
常受光する光量よりも大幅に光量の大きい外乱光を受光
したとしてもＩ／Ｖ変換回路２３に入射するのを防止す
ることができる。つまり、位置検出素子２１の出力が異
常に大きいときには、Ｉ／Ｖ変換回路２３、増幅器２４
が飽和したり飽和しないまでも線形領域で使用できなく
なり、結果的に検波回路２５の出力に波形歪みが生じる
ことになるが、本実施形態では他方の変位センサ１Ａ、
１Ｂの動作期間中には外乱光による位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ
１ＢをＩ／Ｖ変換回路２３に入力していないから、上述
のような事態を回避できる可能性が高くなる。その結
果、測定結果の信頼性が高くなる。この構成は、他方の
変位センサ１Ａ、１Ｂの光出力が大きい場合にとくに有
効である。他の構成および動作は実施形態１と同様であ
る。

【００４４】（実施形態５）図８に本実施形態の構成を
示す。この変位センサ１Ａ、１Ｂの構成は本発明者によ
る先の出願である特願平８−１５７６８０号に図１とし
て示したものと同様に動作するものである。まず、変位
センサ１Ａの動作について簡単に説明する。位置検出素
子２１より出力された電流信号である位置信号Ｉ１Ａ、
Ｉ２Ａは、それぞれＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂによ
り電圧信号Ｖａ１Ａ、Ｖａ２Ａに変換され、演算回路２
９に入力される。演算回路２９では、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２
Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａが求められ、スイッチ回路３１
に入力され、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａ
はスイッチ回路３１を通して択一的に増幅器２４に入力
され、適宜の増幅率で増幅される。Ｖａ１Ａ−Ｖａ２
Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａのうちどちらを増幅器２４に入
力するかは、タイミング回路２８から出力される切換信
号ｔ₁ により制御される。ここに、切換信号ｔ₁ は図９
（ｆ），（ｉ）を比較すればわかるように、オン期間が
後述するタイミング信号ｔ₂ の２倍に設定される。

【００４５】増幅器２４の出力信号は検波回路２５によ
り同期検波され、信号成分（Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ），
（Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａ）が抽出される。検波回路２５
は、タイミング回路２８からのタイミング信号ｔ₂ （図
９（ｆ）参照）に同期して入力信号を検波するものであ
り、タイミング信号ｔ₂ がＨレベルの期間には増幅器２
４の出力信号をそのまま取り出し、タイミング信号ｔ₂
がＬレベルの期間には増幅器２４の出力信号の極性を反
転して取り出す。信号成分（Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ），
（Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａ）はスイッチ回路３１と同期する
ように切換信号ｔ₁ により制御されるスイッチ回路３２
によって、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａに
対応した脈流波形状の一対の信号成分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２
Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａに分離される。

【００４６】スイッチ回路３２により分離された信号成
分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａはそれぞれ
ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂに入力され、直流成分
が取り出される。ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂから
は信号Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａが出力される。
ここに、Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信
号値の差に相当する信号であり、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａは位置
信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の和に相当する信号であ
る。ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂから出力される信
号Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａは割算部２７ｃに入
力され、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１
Ａ＋Ｖ２Ａ）の除算が行われ、この結果が対象物３まで
の距離に相当する信号として外部に取り出される。

【００４７】上述した構成の変位センサ１Ａでは、位置
検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに
対応する電圧信号Ｖａ１ａ、Ｖａ２Ａの減算をスイッチ
回路３１の前段に設けた演算回路２９にて行っているの
で、位置検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、
Ｉ２Ａに同相ノイズが存在するような場合でも、演算回
路２９においてこの同相ノイズを除去することができ、
従来よりも測距誤差が小さくなり、同相ノイズの影響に
よる分解能の低下を防ぐことができるのである。

【００４８】ところで、本実施形態においても、実施形
態１と同様に、変調制御回路３４は、変調制御入力Ｖｍ
ｃＩＮＡを受けると（本実施形態ではＶｍｃＩＮＡがＨ
レベルであると）発振器１３の動作を停止させ、変調制
御入力ＶｍｃＩＮＡがなければ発振器１３を動作させる
とともに、変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡを出力する（本
実施形態ではＶｍｃＯＵＴＡをＨレベルにする）ように
構成されている。また、発振器１３の動作が停止すれ
ば、検波回路２５も動作を停止するようにしてある。

【００４９】以上の説明は変位センサ１Ａに関するもの
であるが、変位センサ１Ｂも同様の構成を有しているの
であって、互いの変調制御回路３４は一方の変調制御出
力ＶｍｃＯＵＴＡが他方の変調制御入力ＶｍｃＩＮＢに
なるように相互に接続してある。したがって、一方の変
位センサ１Ａ、１Ｂが動作している間には、他方の変位
センサ１Ｂ、１Ａはビーム光の発生も検波も行なわない
のであって、両変位センサ１Ａ、１Ｂは時分割的に独立
して動作することになる。つまり、両変位センサ１Ａ、
１Ｂ間において相互に干渉が生じることがなくなるので
ある。

【００５０】上記構成の動作タイミングについて図９を
用いて説明する。図９（ａ）は変位センサ１Ａの発振器
１３の出力ＶｍＡ、図９（ｂ）は変位センサ１Ａの変調
制御出力ＶｍｃＯＵＴＡつまり変位センサ１Ｂの変調制
御入力ＶｍｃＩＮＢ、図９（ｃ）は変位センサ１Ｂの発
振器１３の出力ＶｍＢ、図９（ｄ）は変位センサ１Ｂの
変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢつまり変位センサ１Ａの変
調制御入力ＶｍｃＩＮＡである。これらの関係により明
らかなように、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂの発振器１
３が動作してレーザダイオード１１を発光させている期
間には他方の変位センサ１Ｂ、１Ａでは発光が停止され
ており（図９（ｂ），（ｄ）はＨレベルが動作期間）、
両変位センサ１Ａ、１Ｂのレーザダイオード１１が同時
に発光することによるビーム光の干渉が防止されてい
る。

【００５１】また、位置検出素子２１では、両変位セン
サ１Ａ、１Ｂからの光を受光するから、位置センサ１Ａ
では発振器１３の動作が停止している期間であっても図
９（ｅ）のようにスイッチ回路３１から出力信号（Ｖａ
１Ａ−Ｖａ２），（Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａ）が得られ増幅
器２４にて増幅されることになるが、検波回路２５では
図９（ｆ），（ｇ）のように、変位センサ１Ａの発振器
１３が停止している期間には、検波回路２５の動作も停
止させることによって（図９（ｇ）のＨレベルは停止期
間）、他の変位センサ１Ａ、１Ｂの光によって距離を求
めることを防止してある。つまり、変位センサ１Ａの検
波回路２５の出力は図９（ｈ）のようになり、変位セン
サ１Ｂの動作中には検波回路２５の出力が０Ｖになって
他方の変位センサ１Ｂの動作の影響を除去することがで
きる。図９（ｉ）はスイッチ回路３２を切り換えるタイ
ミング信号ｔ₁ を示し、スイッチ回路３２により図９
（ｊ），（ｋ）のように、信号成分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２
Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａが分離されるのである。

【００５２】以上説明した動作のように、２台の変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂが交互に動作することによって、相互に
干渉することなく距離を測定することができるのであ
る。ここに、本実施形態ではレーザダイオード１１の発
光周期の２周期ごとに距離測定を行なう変位センサ１
Ａ、１Ｂを切り換えているが、この周期についてとくに
制限はない。

【００５３】なお、従来構成では位置検出素子２１から
出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対してＩ／Ｖ変換
回路２３ａ、２３ｂ、増幅器２４ａ、２４ｂ、検波回路
２５ａ、２５ｂを２系統設けていたのに対して、本実施
形態では、増幅器２４、検波回路２５を１系統だけ設
け、スイッチ回路３１、３２により切り換えている点で
変位センサ１Ａ、１Ｂとしての構成が異なる。しかし
て、本実施形態のように構成することによって、各変位
センサ１Ａ、１Ｂでの発振器１３の出力の停止や開始に
よる過渡期間においても位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが同特
性で処理されることによって、距離測定に誤差を生じな
いのである。従来構成において両位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２
Ａを処理する回路の応答性を揃えることは現状の技術で
は困難であって、仮に完全な調整や補正を行なったとし
ても温度変化や経時変化により応答性にずれが生じるか
ら、従来構成を採用すると測定の誤差は避けられないも
のである。これに対し本実施形態の構成を採用すれば、
この種の測定誤差は原理的に発生しないから、測定精度
が高くなるのである。

【００５４】（実施形態６）本実施形態では、図１０に
示すように、スイッチ回路３１、３２を異なる切換信号
ｔ₁ 、ｔ₅ を用いて制御しているものである。また、図
９と図１１とを比較するとわかるように、検波回路２５
に与えるタイミング信号ｔ₂ 、ｔ₄ も実施形態５とは異
ならせてある。

【００５５】つまり、実施形態５の構成では実施形態１
と同様に、変調制御回路３４において変位センサ１Ａ、
１Ｂの動作を切り換えた直後から測定を開始しているか
ら、変位センサ１Ａ、１Ｂの応答性によっては、信号の
処理に遅れが生じて波形歪みが発生し、結果的に距離の
測定精度に誤差が生じることがある。そこで、本実施形
態では、実施形態２と同様に、変位センサ１Ａ、１Ｂを
切り換えてから、ビーム光や処理回路の動作が安定する
までは距離測定を行なわないようにしているのである。

【００５６】図示例では、各変位センサ１Ａ、１Ｂが発
振器１３の出力ＶｍＡ、ＶｍＢの１周期で動作が安定す
る例を示してある。つまり、図１１（ｆ）のように、変
位センサ１Ａ、１Ｂの切換直後には、本来ならば一点鎖
線のような波形になるべきところが、実線のような波形
になる。そこで、図１１（ａ）のようにビーム光の発光
を切換直後から行なうとともに、図１１（ｇ）のように
検波回路２５にタイミング信号ｔ₂ を与えるが、図１１
（ｈ）のように検波回路２５の出力は禁止しておくので
ある。このような動作に伴ってスイッチ回路３１、３２
の切換に用いる切換信号ｔ₁ 、ｔ₅ はそれぞれ図１１
（ｅ），（ｊ）のようになり、検波回路２５の出力は図
１１（ｉ）、スイッチ回路３２の出力は図１１（ｋ），
（ｌ）のようになる。要するに、変位センサ１Ａ、１Ｂ
を切り換えてから、動作が安定するまでの期間は検波回
路２５の出力を取り出さないようにし、それに応じてス
イッチ回路３１、３２の切換タイミングも変更した点の
みが実施形態５と相違する。

【００５７】このような構成を採用することによって、
動作が安定してから距離の測定することができるように
なり、測定精度がより高くなるのである。 （実施形態７）本実施形態は、図１２に示すように、実
施形態５の回路構成においてタイミング信号ｔ₂ 、ｔ₄
を変更したものである。すなわち、実施形態５では変位
センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換毎にレーザダイオード１
１を２回ずつ発光させているが、本実施形態では６回ず
つ発光させるようにしてある。発光回数は６回に限定さ
れるものではなく、複数回の発光による距離の測定値の
平均値について、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直
後における測定値の誤差が無視できる程度になる回数を
選択する。しかして、複数回の発光により求めた距離を
積分するなどして平均値に相当する値を求めるようにす
れば、誤差の割合を低減することができる。

【００５８】本実施形態は、実施形態６と同様に変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後において測定値に誤差
が生じることへの対処技術であるが、実施形態６のよう
に不安定である期間の測定値を捨てる必要がないから、
タイミング関係は実施形態６よりも簡素であり、変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂの切換を実施形態５では２回の発光毎で
あったのを、２Ｎ（Ｎは２以上）回の発光毎に変更して
いるだけである。他の構成および動作は実施形態５と同
様である。

【００５９】（実施形態８）実施形態５におけるスイッ
チ回路３１は、増幅器２４に対して演算回路２９から出
力される２つの信号Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖ
ａ２Ａのどちらかを必ず入力するものであったが、図１
３に示すように、本実施形態では増幅器２４に対して２
つの信号Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａのど
ちらも入力しない状態を持つスイッチ回路３１′を用い
た点が相違する。要するに、実施形態５では相手側の変
位センサ１Ａ、１Ｂの動作期間中には検波回路２５の出
力を停止させていたが、本実施形態では同期間中に演算
回路２９から増幅器２４への入力を禁止するように構成
してある。つまり、図１４に示すように、切換信号ｔ₁
だけではなく、タイミング信号ｔ₄ を合わせて用いるこ
とによって、３位置をとるスイッチ回路３１’を制御す
るものである。

【００６０】この構成によれば、位置検出素子２１が通
常受光する光量よりも大幅に光量の大きい外乱光を受光
したとしても、その出力が増幅回路２４に入力されるの
を防止することができる。つまり、位置検出素子２１の
出力が異常に大きいときには、増幅器２４が飽和したり
飽和しないまでも線形領域で使用できなくなり、結果的
に検波回路２５の出力に波形歪みが生じることになる
が、本実施形態では他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作
期間中には外乱光による位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂに基づ
く演算回路２９の出力を増幅器２４に入力していないか
ら、上述のような事態を回避できる可能性が高くなる。
その結果、測定結果の信頼性が高くなる。この構成は、
他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの光出力が大きい場合にと
くに有効である。他の構成および動作は実施形態５と同
様である。

【００６１】（実施形態９）上述した各変位センサ１
Ａ、１Ｂは、複数台を使用する際に相互の干渉を防止す
る構成としたものであって、単独での使用について考慮
されておらず、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが接続されて
いなければ使用することができない。したがって、単独
で使用する変位センサとは別に製造しなければならな
い。このように、単独で使用する変位センサと相互干渉
を防止する変位センサ１Ａ、１Ｂとを製造すると、製造
ラインが複雑になりまた在庫管理が面倒になる。また、
１台の変位センサ１Ａ、１Ｂを目的に応じて単独で使用
したり、相互干渉を防止するように使用したりするよう
な動作モードの切換が必要になることもある。このよう
な動作モードの切換には手操作されるスイッチを用いる
構成も考えられるが、小型化や低コスト化が難しく、ま
た、スイッチを手操作で切り換えるのは面倒であるとと
もに、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作モードを時間管理す
るように使用することは実質的に不可能である。

【００６２】そこで、本実施形態では、相互干渉を防止
する構成を採用しながらも、単独での使用も可能とし、
しかも動作モードの切換に際して手操作されるスイッチ
を用いないようにした変位センサ１Ａ、１Ｂを提供す
る。すなわち、図１５に示すように、変調制御回路３４
にモード判断波形成形回路３４ａを追加し、動作モード
を判断している。以下では、相互干渉を防止する動作モ
ードを干渉防止モード、単独で使用する動作モードを単
独モードと呼ぶ。

【００６３】モード判断波形成形回路３４ａは、図１６
に示すように、２つの閾値Ｔｈ₁ 、Ｔｈ₂ を持ち、変調
制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢと閾値Ｔｈ₁ 、Ｔ
ｈ₂との大小関係を比較する。閾値Ｔｈ₂ は動作モード
の切換用に用いられ、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、Ｖｍ
ｃＩＮＢが閾値Ｔｈ₂ より大きい期間には干渉防止モー
ド、小さい期間には単独モードが選択される。つまり、
モード判断波形成形回路３４ａはモード信号Ｍｏｄｅを
発振器１３に与えることによって、他の変位センサ１
Ａ、１Ｂが存在する場合と存在しない場合との動作を切
り換える。また、閾値Ｔｈ₁ は干渉防止モードにおい
て、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが動作中か否かを判断す
るために用いられる。

【００６４】このような切換を行なうために、各変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂには定電流源３４ｂと定電圧源Ｖａ、Ｖ
ｂと抵抗Ｒ₁ 、Ｒ₂ とが設けられている。つまり、抵抗
Ｒ₁によってモード判断波形成形回路３４ａへの入力を
プルダウンしているから、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、
ＶｍｃＩＮＢがなければ、つまり他の変位センサ１Ａ、
１Ｂが接続されていなければ、モード判断波形成形回路
３４ａへの入力が０Ｖであるから閾値Ｔｈ₂ よりも低く
単独モードが選択される。

【００６５】一方、変位センサ１Ａ、１Ｂの変調制御出
力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢは、抵抗Ｒ₂ を介し
て閾値Ｔｈ₂ よりも高い電圧の定電圧源Ｖａ、Ｖｂに接
続されているから、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが接続さ
れると、モード判断波形成形回路３４ａはモード信号Ｍ
ｏｄｅを干渉防止モードに設定する。ここで、他の変位
センサ１Ａ、１Ｂの動作中に動作を停止させるために定
電流源３４ｂを用いているのであって、動作中の変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂは定電流源３４ｂにより抵抗Ｒ ₂ に電流
を流して変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢ
の電圧値を閾値Ｔｈ₁ よりも高い電圧値に上昇させるよ
うになっている。ここに、図１５における定電流源３４
ｂの近傍に表記した矢印は定電流源３４ｂのオン・オフ
を制御する信号を与えることを示している。このような
動作によって、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、変
位センサ１Ａ、１Ｂは互いに他方が動作している間に動
作を停止することになるのである。また、干渉防止モー
ドでは閾値Ｔｈ₁ 、Ｔｈ₂との組み合わせによって動作
するか否かを判断するから、モード判断波形成形回路３
４ａはこれらの組み合わせによって図１６（ｅ）に示す
ように、実施形態１及び実施形態５における変調制御入
力と同等の信号ＶｍｃＩＮＡ’、ＶｍｃＩＮＢ’を生成
し、この信号ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢにより発振器
１３を制御する。

【００６６】なお、本実施形態では動作モードの切換用
の閾値Ｔｈ₂ は他の変位センサ１Ａ１、１Ｂが動作中か
否かの判断に用いる閾値Ｔｈ₁ よりも低く設定している
が、閾値Ｔｈ₁ 、Ｔｈ₂ の大小関係を逆に設定すること
も可能である。この場合、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、
ＶｍｃＩＮＢをプルアップするとともに、定電流源３４
ｂ、定電圧源Ｖａ、Ｖｂ、抵抗Ｒ₂ などの関係を変更す
る必要がある。

【００６７】（実施形態１０）本実施形態は、図１７に
示すように、３台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用い
るものである。また、本実施形態では相互に干渉する可
能性のある配置例として変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを
並設した例を示している。この配置例では、中央の変位
センサ１Ａに対して両側の変位センサ１Ｂ、１Ｃによる
干渉が生じる可能性があるが、両側の変位センサ１Ｂ、
１Ｃは相互に干渉しないものと想定している。

【００６８】しかして、変位センサ１Ｂ、１Ｃは相互に
動作を停止させる必要はないが、変位センサ１Ａに対し
ては相互に動作を停止させることが必要である。そこ
で、図１８に示すように、変位センサ１Ｂ、１Ｃの変調
制御入力ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣをともに変位セン
サ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡとし、また同様に
変位センサ１Ｂ、１Ｃの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢ、
ＶｍｃＯＵＴＣの論理和を変位センサ１Ａの変調制御入
力ＶｍｃＩＮＡとしている。ここでは、３台の変位セン
サ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを示しているが、変位センサの台数
がさらに多い場合も同様であって、相互に干渉しないも
の同士は変調制御入力と変調制御出力をそれぞれ共通化
し、相互に干渉するもの同士は変調制御入力と変調制御
出力を相互に与えるようにすればよいのである。

【００６９】ところで、本実施形態においては、各変位
センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの変調制御回路３４の出力（変
調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢ、ＶｍｃＯ
ＵＴＣ）を電流出力としてあり、入力（変調制御入力Ｖ
ｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ）にはプルダ
ウン用の抵抗Ｒ₁ を設けてある。しかして、図１９に示
すように、変位センサ１Ａの動作中には変位センサ１
Ｂ、１Ｃによる距離測定の動作が停止し、変位センサ１
Ｂ、１Ｃの動作中には変位センサ１Ａの距離測定の動作
が停止することになる。変位センサ１Ｂ、１Ｃは図では
同期して動作しているように見えるが、両者間ではとく
にタイミングはとられていない。つまり、変位センサ１
Ｂ、１Ｃによる距離測定の停止にはばらつきが生じるこ
とがあるが、変位センサ１Ａによる距離測定は、変位セ
ンサ１Ｂ、１Ｃのうちで、距離測定動作の終了がもっと
も遅いものの動作が停止した後に開始されるから、変位
センサ１Ａと変位センサ１Ｂ、１Ｃとの間で相互に干渉
が生じることはない。

【００７０】本実施形態は複数の変位センサを２群に分
けて相互に干渉しないように接続する構成であって、実
施形態としては３個の変位センサを示したが、変位セン
サの個数には各変位センサの電流容量などのほかにとく
に制限はない。他の構成および動作は実施形態１及び実
施形態５と同様である。 （実施形態１１）本実施形態は、図２０に示すように、
４台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄについて、２
台ずつを並設しかつ２台ずつを対向させて配置してあ
る。このような配置例では４台の変位センサ１Ａ、１
Ｂ、１Ｃ、１Ｄが相互に干渉する可能性を有している。
このような多数の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの
相互干渉を防止するために、本実施形態では、各変位セ
ンサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを変調制御入力ＶｍｃＩＮ
Ａ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤへの入
力信号の立ち上がりによって距離測定の動作を開始する
ように構成し、かつ図２０に示すように、各変位センサ
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴ
Ａ、ＶｍｃＯＵＴＢ、ＶｍｃＯＵＴＣ、ＶｍｃＯＵＴＤ
を他の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの変調制御入
力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、Ｖｍｃ
ＩＮＤに順次接続してある。さらに具体的に説明する
と、変位センサ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡを変
位センサ１Ｂの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢとし、以下、
ＶｍｃＯＵＴＢをＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＯＵＴＣをＶｍ
ｃＩＮＤ、ＶｍｃＯＵＴＤをＶｍｃＩＮＡとするよう
に、変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを直列的ないし
リング状に接続するのである。

【００７１】上述の構成では、各変位センサ１Ａ、１
Ｂ、１Ｃ、１Ｄは距離測定の動作を停止した後に、他の
変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄから与えられる変調
制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、
ＶｍｃＩＮＤが立ち上がるまでは距離測定の動作を停止
することになる。したがって、定常動作では図２１に示
すように、変位センサ１Ａが距離測定を行なっている間
に変位センサ１Ｂの動作を停止し、他の変位センサ１
Ｃ、１Ｄは変調制御入力ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤが
立ち上がるまでは距離測定の動作を停止していることに
なる。変位センサ１Ａによる距離測定の動作が終了すれ
ば、変位センサ１Ｂへの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢが立
ち上がるから、変位センサ１Ｂが動作を開始する。この
ようにして、変位センサ１Ｃ、１Ｄが順に択一的に動作
を開始し、変位センサ１Ｄの動作が終了すると変位セン
サ１Ａへの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡが立ち下がって、
変位センサ１Ａが再び動作を開始するのである。

【００７２】以上説明したように、各変位センサ１Ａ、
１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが順に距離測定の動作を行なうもので
あるから、必要台数だけ直列に接続することができる。
しかも、各変位センサ間では２組ずつの結線を行なうだ
けであるから、結線も容易である。実施形態１０の構成
と実施形態１１の構成とは共通化することが可能であっ
て、各変位センサ間の接続の仕方を変更するだけで、２
群に分けた変位センサ間の干渉を防止するのか、各変位
センサの個別の干渉を防止するのかを容易に設定するこ
とができる。

【００７３】（実施形態１２）本実施形態は、図２２に
示すように、変位センサ１Ａ、１Ｂとして割算部２７ｃ
を設けることなく距離を求めるものを用いている。この
構成は本発明者による先の出願である特願平７−２１９
３３２号に図５として示したものと同様に動作するもの
であって、和演算部２７ｂの出力電圧を位置検出素子２
１に入射する全光量に相当するものとみなして、比較回
路１７において基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較回路１
７は和演算部２７ｂの出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの
差に相当する信号を出力して、フィードバック制御回路
１６に与える。フィードバック制御回路１６は変調器１
５を通してタイミング回路２８からのタイミング信号ｔ
₂をキャリアとして振幅変調し、ＬＤ駆動回路１４を通
してレーザダイオード１１を駆動する。要するに、レー
ザダイオード１１の光出力は位置検出素子２１での受光
光量に応じてフィードバック制御される。

【００７４】このような構成を採用すれば、和演算部２
７ｂの出力は基準電圧Ｖｒｅｆに保たれるから一定値で
あって、距離を求める演算の際の分母が一定値になるか
ら、差演算部２７ｃの出力が対象物３までの距離に相当
することになる。つまり、割算部２７ｃが不要になるの
である。しかも、位置検出素子２１での受光光量に応じ
てレーザダイオード１１の光出力が調整されるから、対
象物３の反射率や距離に応じて光量を調節することがで
き、処理回路のダイナミックレンジの範囲で精度よく距
離を測定することができる。本実施形態は変位センサ１
Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および
動作は実施形態１と同様である。

【００７５】（実施形態１３）本実施形態は、図２３に
示すように、実施形態１２と同様に、和演算部２７ｂの
出力電圧を一定に保つようにフィードバック制御するも
のであるが、増幅器２４に代えて増幅率が可変である可
変増幅器２４′を用い、フィードバック制御回路１６は
レーザダイオード１１の光出力ではなく可変増幅器２
４′の増幅率を変化させるために用いられる。この構成
は、先の出願である特願平７−２１９３３２号の図７に
示したものと同様の動作になる。いずれにせよ、フィー
ドバック制御によって和演算部２７ｂの出力が一定値に
保たれるから、差演算部２７ａの出力を距離の測定値と
して用いることができる。他の構成および動作は実施形
態１と同様である。

【００７６】（実施形態１４）本実施形態は、図２４に
示すように、実施形態１２と実施形態１３との構成を組
み合わせたものに相当する。すなわち、和演算部２７ｂ
の出力電圧を一定に保つために、レーザダイオード１１
の光出力と可変増幅器２４′の増幅率をフィードバック
制御している。ただし、本実施形態に用いる変位センサ
１Ａ、１Ｂは、先に出願した特願平８−１５７６７９号
の図１に示したものと同様に動作する。この構成では、
対象物３の反射率の測定可能な範囲を実施形態１２や実
施形態１３よりも広くとることができる。他の構成およ
び動作は実施形態１と同様である。

【００７７】（実施形態１５）本実施形態は、図２５に
示すような構成であり、変位センサ１Ａ，１Ｂの基本構
成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６
８０号に図９として示したものと略同様に動作するもの
であって、演算回路２９からＶａ１ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ
２Ａが出力される点と、スイッチ回路３２が不要な点
と、検波回路２５の出力に基づいて所定の演算を行なう
演算回路３０を備える点と、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ
−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａ）なる演算が行われ
る点などが実施形態５と相違する。ここに、演算回路３
０の出力をＶｄ１Ａ−Ｖｄ２、Ｖｄ２とし、ローパスフ
ィルタ２６ａ、２６ｂそれぞれの出力をそれぞれＶ１Ａ
−Ｖ２Ａ、Ｖ２Ａとしてある。なお、加算器２７ｂ’で
は、Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａなる出力が得られるが、ｋは光
学的非線形性を補正するための定数である。したがっ
て、本実施形態では、割算部２７ｃの出力は、対象物３
の表面の反射率や受光量の総和にかかわらず（特開昭６
３−１０８２１８号公報で提案されている装置と同様
に）位置検出素子２１の出力である位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ
２Ａを正規化して対象物までの距離に対応する信号とな
る。また、本実施形態では、スイッチ回路３２が不要な
ので、スイッチ動作の時間的遅れによる誤差の発生やス
イッチングノイズによる誤差の発生を低減でき、スイッ
チ回路３２がある場合に比べて測距精度を高めることが
できる。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異
なるのみであって、他の構成および動作は実施形態５と
同様である。

【００７８】（実施形態１６）本実施形態は、図２６に
示すような構成であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの基本構
成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６
８０号に図５として示したものと同様に動作するもので
あって、検波回路２５に与えれるタイミング信号ｔ₃ が
異なる点と、スイッチ回路３２が不要な点と、割算部２
７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａ）
なる演算が行われる点などが実施形態５と相違する。こ
こに、ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂそれぞれの出力
をそれぞれＶ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ２Ａとしてある。また、
タイミング信号ｔ₃ は、切換信号ｔ₁ と比べて位相が略
９０度異なる（先の出願の図６（ｄ）（ｆ）参照）。本
実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみで
あって、他の構成および動作は実施形態５と同様であ
る。

【００７９】（実施形態１７）本実施形態は、図２７に
示すような構成であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの基本構
成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６
８０号に図７として示したものと略同様に動作するもの
であって、検波回路２５に与えれるタイミング信号ｔ₃
が異なる点と、スイッチ回路３２が不要な点と、割算部
２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２
Ａ）なる演算が行われる点などが実施形態５と相違す
る。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なる
のみであって、他の構成および動作は実施形態５と同様
である。

【００８０】（実施形態１８）ところで、実施形態５で
は変位センサ１Ａ、１Ｂが割算部２７ｃを備えていた
が、本実施形態は、図２８に示すように、変位センサ１
Ａ、１Ｂとして割算部２７ｃを設けることなく距離を求
めるものを用いている。この構成は本発明者による先の
出願である特願平８−１５７６８０号に図９として示し
たものと略同様に動作するものであって、加算器２７
ｂ’（先の出願における加算器１３に相当する）の出力
電圧であるＶ１＋ｋ×Ｖ２を位置検出素子２１に入射す
る全光量に相当するものとみなして、比較回路１７にお
いて基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較回路１７は加算器
２７ｂ’の出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差に相当す
る信号を出力して、フィードバック制御回路１６に与え
る。フィードバック制御回路１６は変調器１５を通して
タイミング回路２８からのタイミング信号ｔ₂ をキャリ
アとして振幅変調し、ＬＤ駆動回路１４を通してレーザ
ダイオード１１を駆動する。要するに、レーザダイオー
ド１１の光出力は位置検出素子２１での受光光量に応じ
てフィードバック制御される。さらに、実施形態５にお
ける増幅器２４に代えて増幅率が可変である可変増幅器
２４’を用い、フィードバック制御回路１６によって可
変増幅器２４’の増幅率を変化させている。すなわち、
本実施形態では、実施形態１４と同様に、レーザダイオ
ード１１の光出力と可変増幅器２４’の増幅率をフィー
ドバック制御している。なお、加算器２７ｂ’の出力電
圧Ｖ１＋ｋ×Ｖ２で求められる値となる。

【００８１】このような構成を採用すれば、加算器２７
ｂ’の出力は基準電圧Ｖｒｅｆに保たれるから一定値で
あって、距離を求める演算の際の分母が一定値になるか
ら、ローパスフィルタ２６ａの出力であるＶ１Ａ−Ｖ２
Ａが対象物３までの距離に相当することになる。つま
り、割算部２７ｃが不要になるのである。しかも、位置
検出素子２１での受光光量に応じてレーザダイオード１
１の光出力が調整されるから、対象物３の反射率や距離
に応じて光量を調節することができ、処理回路のダイナ
ミックレンジの範囲で精度よく距離を測定することがで
きる。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異な
るのみであって、他の構成および動作は実施形態５と同
様である。

【００８２】

【発明の効果】請求項１の発明は、適宜周期で変調され
たビーム光を発光素子から対象物に照射し、対象物の表
面に形成される投光スポットを位置検出素子の受光面に
結像させることにより得た受光スポットの位置に基づい
て処理部において対象物までの距離を求める光学式変位
測定装置であって、ビーム光を上記周期で適宜回数だけ
対象物に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離
測定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調
制御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制
御入力を受けると距離測定の動作を再開させる変調制御
回路を備えるものであり、たとえば２台の光学式変位測
定装置を相互に干渉が生じるおそれのある位置関係に配
置して用いる場合であっても、変調制御出力を互いに他
の変調制御入力として与えることによって、両光学式変
位測定装置を交互に動作させることが可能になり、結果
的に相互干渉を防止することができるという利点があ
る。つまり、干渉による分解能やリニアリティの低下な
しに、２台のセンサを隣接させて用いたり対向させて用
いたりすることが可能になる。

【００８３】請求項２の発明のように、外部から変調制
御入力により距離測定の動作開始が指示されるとビーム
光の出射を開始し、動作開始から動作が安定する程度の
所定時間が経過した後に位置検出素子の出力を用いて距
離を求めたり、請求項３の発明のように、距離測定の動
作開始が指示されてから動作を停止するまでのビーム光
の出射回数を、動作開始直後の動作が不安定である期間
における距離測定の誤差が平均値では無視できる回数に
なるように設定するものでは、変調制御入力により距離
測定の動作開始が指示されてから距離測定の動作が安定
するまでの時間が遅い（つまり応答性が悪い）場合で
も、測定誤差がほとんど生じないように距離測定を行な
うことができるという利点がある。

【００８４】請求項４の発明のように、位置検出素子と
処理部との間にスイッチ要素を挿入し、スイッチ要素は
外部からの変調制御入力によって距離測定の動作が停止
している間には位置検出素子の出力を処理部に入力しな
いように設定されるものでは、距離測定の動作を停止し
ている間に強い外乱光が入射しても、処理部には入力さ
れないから、処理部の飽和や非線形動作を回避すること
が可能になり、距離測定の精度が高くなるという利点が
ある。

【００８５】請求項５の発明のように、変調制御回路
が、変調制御出力として２段階の電圧のいずれかを出力
するように構成され、かつ変調制御入力に対して上記２
段階の電圧の間ではない第１の閾値と、上記２段階の電
圧の間である第２の閾値とが設定され、変調制御入力が
第１の閾値に対して上記２段階の電圧側であるときに第
２の閾値と変調制御入力との大小関係に応じて距離測定
の動作の停止と再開とを決定し、外部からの変調制御入
力がなければ第１の閾値に対して上記２段階の電圧とは
反対側の電圧を変調制御入力として設定して距離測定の
動作を停止させることなく継続させるものでは、変調制
御回路への接続形態のみによって単独での使用か相互干
渉を防止するように使用するかを選択することができ、
しかもこのような機能を小型、低コストで実現すること
ができるとともに、使い勝手が向上するという利点があ
る。

【００８６】請求項６の発明のように、処理部が、位置
検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の
光出力をフィードバック制御するフィードバック制御回
路を備えるものや、請求項７の発明のように、処理部
が、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増
幅率が可変である可変増幅器と、一対の位置信号をそれ
ぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一
定になるように可変増幅器の増幅率をフィードバック制
御するフィードバック制御回路とを備えるものや、請求
項８の発明のように、処理部が、位置検出素子から出力
される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅
器と、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように
発光素子の光出力をフィードバック制御するとともに、
一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出
力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅
率をフィードバック制御するフィードバック制御回路と
を備えるものでは、反射率の異なる対象物に対して測定
可能な範囲が広くなり、各種の対象物に対応可能となる
という利点がある。

【００８７】請求項９の発明のように、請求項１ないし
請求項８の光学式変位測定装置を複数台用いるとともに
相互に干渉する２群に分け、各群を構成する光学式変位
測定装置の変調制御入力同士および変調制御出力同士を
それぞれ共通接続し、各群間で変調制御出力を互いに他
群の変調制御入力とするものでは、複数台の光学式変位
測定装置を２群に分けて各群間での相互干渉を防止する
ことができる。

【００８８】請求項１０の発明のように、請求項１ない
し請求項８の光学式変位測定装置において、変調制御回
路が外部からの変調制御入力への立ち上がりと立ち下が
りとの一方で距離測定の動作を開始させるように構成さ
れ、複数台の光学式変位測定装置が各変調制御出力を他
の変調制御入力とするように順にリング状に接続される
ものでは、複数台の光学式変位測定装置を必要台数だけ
相互干渉させることなく使用することが可能になるとい
う利点を有する。

【００８９】請求項１１の発明のように、位置検出素子
として受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力するものを用い、処理部が、各
位置信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期
毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路
と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周
期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の
出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号
に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路
の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算す
る演算部とを備えるものでは、従来の処理部が各位置信
号を２系統の回路を用いる場合のような、構成部品の定
数のばらつきや温度特性のばらつきによる誤差が発生せ
ず、しかも２つの位置信号を同じ同期検波手段で同期検
波しているからオフセット誤差も発生しないという利点
がある。さらに、２つの位置信号を同一の回路で処理し
ているから、第２のスイッチ回路により分離されるまで
は周波数特性に差を生じることがなく、発光素子を駆動
する信号の変調周波数に変化が生じても測距結果に過渡
的な誤差が生じない。

【００９０】請求項１２の発明のように、位置検出素子
として受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力するものを用い、処理部が、位
置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を
出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号の
いずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換
えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のス
イッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して
検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第
１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第
２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づ
いて対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算
部とを備えるものでは、第１の演算部にて位置信号同士
の減算が行なわれるら、位置信号に同相ノイズが存在す
るような場合でも第１の演算部で同相ノイズが除去さ
れ、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差
の発生や分解能の低下を抑制することができるという利
点がある。請求項１３の発明のように、位置検出素子と
して受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決まる
一対の位置信号を出力するものを用い、処理部が、位置
信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出
力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のい
ずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換え
て選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出
力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検
波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非
線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算す
る第２の演算部とを備えるものでは、第１の演算部にて
位置信号同士の減算が行なわれるら、位置信号に同相ノ
イズが存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除
去され、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の
誤差の発生や分解能の低下を抑制することができるとい
う利点がある。また、請求項１１、１２の発明に比べて
スイッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的
遅れ誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生
を低減でき、測距精度を高めることができる。

【００９１】請求項１４の発明のように、位置検出素子
として受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力するものを用い、処理部が、位
置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位
置信号を減算した信号及び他方の位置信号を出力する第
１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかを
ビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的
に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を
光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段
と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性
を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２
の演算部とを備えるものでは、第１の演算部にて位置信
号同士の減算が行なわれるら、位置信号に同相ノイズが
存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除去さ
れ、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差
の発生や分解能の低下を抑制することができるという利
点がある。また、請求項１１、１２の発明に比べてスイ
ッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的遅れ
誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低
減でき、測距精度を高めることができる。

【００９２】請求項１５の発明のように、位置検出素子
として受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力するものを用い、処理部が、位
置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位
置信号を減算した信号及び一方の位置信号を出力する第
１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかを
ビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的
に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を
光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段
と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性
を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２
の演算部とを備えるものでは、第１の演算部にて位置信
号同士の減算が行なわれるら、位置信号に同相ノイズが
存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除去さ
れ、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差
の発生や分解能の低下を抑制することができるという利
点がある。また、請求項１１、１２の発明に比べてスイ
ッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的遅れ
誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低
減でき、測距精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示すブロック図である。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】実施形態２を示すブロック図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】実施形態３の動作説明図である。

【図６】実施形態４を示すブロック図である。

【図７】同上の動作説明図である。

【図８】実施形態５を示すブロック図である。

【図９】同上の動作説明図である。

【図１０】実施形態６を示すブロック図である。

【図１１】同上の動作説明図である。

【図１２】実施形態７の動作説明図である。

【図１３】実施形態８を示すブロック図である

【図１４】同上の動作説明図である。

【図１５】実施形態９を示す要部回路図である。

【図１６】同上の動作説明図である。

【図１７】実施形態１０の配置例を示す図である。

【図１８】同上の要部回路図である。

【図１９】同上の動作説明図である。

【図２０】実施形態１１の配置例を示す図である。

【図２１】同上の動作説明図である。

【図２２】実施形態１２を示すブロック図である。

【図２３】実施形態１３を示すブロック図である。

【図２４】実施形態１４を示すブロック図である。

【図２５】実施形態１５を示すブロック図である。

【図２６】実施形態１６を示すブロック図である。

【図２７】実施形態１７を示すブロック図である。

【図２８】実施形態１８を示すブロック図である。

【図２９】従来例を示すブロック図である。

【図３０】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

１１ レーザダイオード（発光素子） １３ 発振器 ２１ 位置検出素子 ２３ Ｉ／Ｖ変換回路 ２４ 増幅器 ２５ 検波回路 ２７ａ 差演算部 ２７ｂ 和演算部 ２７ｃ 割算部 ２８ タイミング回路 ３１ スイッチ回路 ３２ スイッチ回路 ３４ 変調制御回路

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 適宜周期で変調されたビーム光を発光素
   子から対象物に照射し、対象物の表面に形成される投光
   スポットを位置検出素子の受光面に結像させることによ
   り得た受光スポットの位置に基づいて処理部において対
   象物までの距離を求める光学式変位測定装置であって、
   ビーム光を上記周期で適宜回数だけ対象物に照射して距
   離測定の動作を行なわせた後に距離測定の動作を停止さ
   せるとともに動作停止中を示す変調制御出力を発生し、
   かつ外部から動作開始を示す変調制御入力を受けると距
   離測定の動作を再開させる変調制御回路を備えることを
   特徴とする光学式変位測定装置。
2. 【請求項２】 外部から変調制御入力により距離測定の
   動作開始が指示されるとビーム光の出射を開始し、動作
   開始から動作が安定する程度の所定時間が経過した後に
   位置検出素子の出力を用いて距離を求めることを特徴と
   する請求項１記載の光学式変位測定装置。
3. 【請求項３】 距離測定の動作開始が指示されてから動
   作を停止するまでのビーム光の出射回数を、動作開始直
   後の動作が不安定である期間における距離測定の誤差が
   平均値では無視できる回数になるように設定することを
   特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
4. 【請求項４】 位置検出素子と処理部との間にスイッチ
   要素を挿入し、スイッチ要素は外部からの変調制御入力
   によって距離測定の動作が停止している間には位置検出
   素子の出力を処理部に入力しないように設定されること
   を特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
5. 【請求項５】 変調制御回路は、変調制御出力として２
   段階の電圧のいずれかを出力するように構成され、かつ
   変調制御入力に対して上記２段階の電圧の間ではない第
   １の閾値と、上記２段階の電圧の間である第２の閾値と
   が設定され、変調制御入力が第１の閾値に対して上記２
   段階の電圧側であるときに第２の閾値と変調制御入力と
   の大小関係に応じて距離測定の動作の停止と再開とを決
   定し、外部からの変調制御入力がなければ第１の閾値に
   対して上記２段階の電圧とは反対側の電圧を変調制御入
   力として設定して距離測定の動作を停止させることなく
   継続させることを特徴とする請求項１記載の光学式変位
   測定装置。
6. 【請求項６】 処理部は、位置検出素子での受光量をほ
   ぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック
   制御するフィードバック制御回路を備えることを特徴と
   する請求項１記載の光学式変位測定装置。
7. 【請求項７】 位置検出素子として受光スポットの位置
   に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力す
   るものを用い、処理部は、位置検出素子から出力される
   位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、
   一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出
   力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅
   率をフィードバック制御するフィードバック制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位測
   定装置。
8. 【請求項８】 位置検出素子として受光スポットの位置
   に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力す
   るものを用い、処理部は、位置検出素子から出力される
   位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、
   位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素
   子の光出力をフィードバック制御するとともに、一対の
   位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の
   加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率をフ
   ィードバック制御するフィードバック制御回路とを備え
   ることを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８の光学式変位測
   定装置を複数台用いるとともに相互に干渉する２群に分
   け、各群を構成する光学式変位測定装置の変調制御入力
   同士および変調制御出力同士をそれぞれ共通接続し、各
   群間で変調制御出力を互いに他群の変調制御入力とする
   ことを特徴とする光学式変位測定システム。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項８の光学式変位
    測定装置を用い、変調制御回路は外部からの変調制御入
    力への立ち上がりと立ち下がりとの一方で距離測定の動
    作を開始させるように構成され、複数台の光学式変位測
    定装置が各変調制御出力を他の変調制御入力とするよう
    に順にリング状に接続されることを特徴とする光学式変
    位測定システム。
11. 【請求項１１】 位置検出素子として受光スポットの位
    置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力
    するものを用い、処理部は、各位置信号のいずれかをビ
    ーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に
    出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の
    出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期
    検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ
    回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ
    回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の
    基準位置からの変位を演算する演算部とを備えることを
    特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
12. 【請求項１２】 位置検出素子として受光スポットの位
    置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力
    するものを用い、処理部は、位置信号同士を減算及び加
    算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部
    と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の
    変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する
    第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号
    を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段
    と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同
    期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、
    第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置
    からの変位を演算する第２の演算部とを備えることを特
    徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
13. 【請求項１３】 位置検出素子として受光スポットの位
    置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力
    するものを用い、処理部は、位置信号同士を減算及び加
    算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部
    と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の
    変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する
    スイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの
    変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波
    手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対
    象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とを
    備えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定
    装置。
14. 【請求項１４】 位置検出素子として受光スポットの位
    置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力
    するものを用い、処理部は、位置検出素子から出力され
    る一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及
    び他方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演
    算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整
    数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路
    と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同
    期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信
    号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位
    置からの変位を演算する第２の演算部とを備えることを
    特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
15. 【請求項１５】 位置検出素子として受光スポットの位
    置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を出力
    するものを用い、処理部は、位置検出素子から出力され
    る一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及
    び一方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演
    算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整
    数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路
    と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同
    期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信
    号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位
    置からの変位を演算する第２の演算部とを備えることを
    特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。