JPS60205303A - 光変位計測装置 - Google Patents

光変位計測装置

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JPS60205303A
JPS60205303A JP6457884A JP6457884A JPS60205303A JP S60205303 A JPS60205303 A JP S60205303A JP 6457884 A JP6457884 A JP 6457884A JP 6457884 A JP6457884 A JP 6457884A JP S60205303 A JPS60205303 A JP S60205303A
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displacement measuring
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隆 池田
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河面 英則
Ryosuke Taniguchi
良輔 谷口
Manabu Kubo
学 久保
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、被測定物の形状を非接触で測定する光変位
計測値+111こ関するも4/′)である。
〔従来技術〕
従来、この種の装置として、第1図に示すものがあった
。第1図において、fll i4光源の駆動回路、+2
1は光源と【7ての半導体レーザー、(3)は半導体し
−ザ(2)の光を集光して、照射する投光レンズ、(4
)は、被測定物、(5)は被測定物(4)に投射さnた
光スポフト、(6)は光スポット(5)からの散乱光を
位置検出素子上に結像させる受光レンズ、(7)は、受
光素子たる半導体装置検出素子(以下PSDと略す)、
(8a )(8b)は前置増幅器、(9a)(9b)は
増幅器、(10a)(10b)は整流回路、(11a)
は出力信号Va、(llb)は出力信号Vb、(2)は
減算回路、(2)は加算回路、04は減算出力信号Va
−Vb 、(至)は加算出力信号Va+Vb 。
019は除算回路、Oηは除算出力信号(Va −Vb
)/ffa + Vb)、(至)はA/D変換器、0埴
はデジタル化された変位測定結果の出力信号である。
第2図(a)(b)は、第1図に示した装置に用いる制
御信号の1例を示すタイミング図で、(a)は、半導体
レーザー(21の駆動信号(イ)、(b)は、その時間
軸を拡大して表示したものである。
次に動作について説明する。第1図において、光源の駆
動回路illで駆動された半導体レーザー(2)から出
た光は、投光レンズ(3)により集光され、被測定物(
4)上に光スポット(5)を投射する。半導体レ−サ1
21、投光レンズ(3)、受光レンズ+61 及ヒPS
D(71から構成される光学系は、投光レンズ(3)か
ら光スポット(5)までの距離が、三角測量の原理を利
用して、P S D (7)上に結像される光スポット
(6)の受光像の位置を検出することにまり、測定でき
るように配置されている。このとき、P S D (7
)上での、光スポット(6)の受光像の位置が、PSD
f7)Jり出力される1対の出力電流信号を各々、増幅
回路(8a)。
(sb ) 、 (9a )及び(9b)で、電圧に変
換、増幅し、整流回路(10a)、(10b) lこま
り、整流して、1対の電圧信号Va(lla)及びVb
(llb)としたとき、次式で与えられるから、 但し、l : PSD(7)の中心から端までの距離で
既知の値 X : pSD(7)−f:での受光像の位置被測定物
(4)の変位、即ち投光レンズ(3)から、光スポット
(5)までの距離は、J)らがしめ定められた光学系の
配置に基Cき、2信号、VauJ、VbQθがら、減算
信号(Va −Vb )04 と、加算信号(Va+V
b )O12をめて、(Va −Vb )/(Va十V
b )の除算を行なえば、除算出力信号Oηとしてめら
れる。最後にQηをA/D変換器(至)によりデジタル
化して測定結果01を得るものであった。
従来の光変位計は、以上のように構成されているので被
測定物(4)までの距離の情報を持つ、PSD(7)の
出力信号を、整流しなければならず、回路素子のオフセ
ット電圧、温変ドリフトあるいは、雑音等の悪影蕾を受
けやすく、さらに、アナログの除算回路による演算を必
要とするため、S/Nの確保が難しく、測定結果が安定
しない等の欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、受光素子の出力信号増幅に交流増
幅器を使用し、演算プロセッサによりPSDの各々の出
力信号のピークツーピーク値をデジタル演算し、これら
のピークツーピーク値を用いて、変位量の検出演算を行
なうことにより増幅回路などlこ生じろオフセット電圧
、湿度ドリフトの影響を受けにくい、安定で、精変よい
変位量測定のできる光変位計を提供することを目的とし
ている。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図についで説明する。第8
図において、第1図と同符号は同一物を示し、(22a
)、(22b)は交流増幅回路、に)は信号切換器、■
はサンプルホールド回路、(2)はA/D変換器、(ホ
)は演算プロセッサー、(ハ)は演算プロセッサー(ホ
)の出力、に)はタイミングパルス発生回路、(2)は
半導体レーザー(2)の点燈タイミング信号、(至)は
信号切換器(至)の制御信号、0乃はサンプルホールド
回路(ハ)の制御信号、(2)は、A/D変換器(ホ)
の制御信号、(至)は交流増幅回路(22a)の出力信
号■、■は交流増幅回路(22b)の出力信号が、轡は
信号切換器骨の出力信号、(至)はサンプルホールド回
路(ハ)の出力信号である。
第4図(a)〜(h)は第8図に示した装置の各部分の
時間的な動作の1例を示すタイミング図である。
同図(a)の半導体レーザー+21の点燈タイミング信
号四で0は消燈、1は点燈を示す。同図(d)は信号切
換器に)の制御信号(7)で、0はvI(至)への切換
、1はV2[有]への切換制御を示す。同図(f)は、
サンプルホールド■の制御信号OI)で、0はサンプル
、1はホールドを示す。なお、同図の他のものは第8図
各部の符号に対応する符号を用いてその出力を示してい
る。
次に動作lこついて説明する。第8図において、半導体
レーザーの点燈タイミング信号−に同期して点燈された
半導体レーザー(2)から出た光は投光レンズ(3)を
経て、被測定物(4)上に光スポット(5)として投射
され、その散乱光の一部は受光レンズ(6)によりPS
D(7)上に結像し、PSD(7)から出力される1対
の電流信号は、eJTII!を増幅器(8a)(8b)
により電圧変換、増幅され、さらに交流増幅器(22a
 ) 、 (22b)により交流増幅された信号Mn、
V2弼となる。2信号vl(1,vI鰯は信号切換器−
によって、半導体レーザの点燈タイミング信号翰の1周
期ごとに、交互に切換られて、サンプルホールド■ニ入
力すれる。まず、サンプルホールド■の入力が41 j
t V+aに切換オられているときについて動作を述べ
れば、サンプルホールド■は、その制’lNl1@aη
にまり、半導体レーザーがその点燈タイミング信号(2
)に同期して点燈し、信号V、(至)が十分安定収束し
たところでサンプルホールドする。A/D変換器(ハ)
は、このサンプルホールドされた信号e A/D変換し
演算処理装置に)に送る。半導体レーザー(2)が消燈
したときも同様にして、信号vl曽が十分安定収束した
ところで、サンプルホールド後、A/D変換して、演算
プロセッサに送る。演算プロセンサー(ホ)では、半導
体レーザ12)が点燈、消燈した時1こ各々得た2つデ
ジタル信号の差を演算し、信号V1(至)のピークツー
ピーク値VI/ を値する。次に、サンプルホールド(
財)の入力を信号v2[有]に切換えて、上述したと同
様にして、信号v204のピークツーピーク(ti V
2’を値する。このまうにしてめた2信号のピークツー
ピーク値から(vl”h ’ )/(V+ ’十■′)
の演算を演算プロセッサに)で行なうことにより、被測
定物(4)上の光スポット(5)までの距離を得る。
なお、紀実施例では、サンプルホールド回路ぐ◆、及r
1: A/D変換器に)を1個ずつ設けたものを示した
が、これらを複数個設けてもよい。この場合には、サン
プリングの高速化、サンプリングの同時化、信号切換器
の省略などの効果も得られる。
また上記実施例では、光源としての半導体レーザー(2
)の点燈タイミング信号四として矩形波を示(7、点燈
、消燈のオンオフ制御の例を示したが、光源としての半
導体レーザー(2〉の出力強度を変化させ、半導体レー
ザー(2)の出力強度のある一定の変化のタイミングに
合わせて、P S D (7)の出力信号の増幅出力の
サンプリングを行ない、各々のタイミングで得たサンプ
リングデータの差を演算して、ピークツーピークの値と
みなし、上記実施例と同様の処理を行なっても上記実施
例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば半導体装置検出素子(
・PSD)の出力信号をA/D変換器にまりデジタル化
して、演算プロセッサにより、それらのピークツーピー
ク値を演算し、これらの値をいて変位量検出演算を行な
ったので、PSDの出力信号増幅回路その他に発生する
オフセット電圧、温度ドリフトの影響を受けにくい安定
で、精度Jい変位量測定のできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の非接触変位測定装置を示すブロック図、
第2図fa) (b)は第1図の装置に用いられる半導
体レーザーの駆動信号の一例を示す図、第8図はこの発
明の一実施例の非接触変位測定装置を示すブロック図、
第4図は第8図の装置に用いられる制御信号の一例を示
すタイミング図である。 図において、(2)は光源としての半導体レーザー、(
3)は投光レンズ、(4)は被測定物、(6;は受光レ
ンズ、(7)ハ位置検出素子、(8a)、(8b)は前
81a幅器、(22a)(22b)は交流増幅器、■は
信号切換器、(財)はサンプルホールド回路、(2)は
A/D変換器、に)は演算プロセッサー、(ハ)はタイ
ミングパルス発生回路である。 なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。 代理人 大岩増雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ill三角測量の原理を利用し、被測定物までの距離を
    測定するように配置された光学系と、光源、位置検出素
    子としての受光素子と、この受光素子の位置検出信号を
    増幅する交流増幅器と、この交流増幅器の出力信号を切
    換えてサンプルホールド回路に入力する信号切換器と、
    上記サンプルホールド回路の出力をA/D変換するA/
    D変換器と、デジタル化された信号を演算処理する演算
    プロセッサ、及び上記光源の駆動タイミングパルス、信
    号切換器、サンプルホールド回路、A/D変換器に制御
    i11ハルスを供給する、タイミングパルス発生回路か
    らなることを特徴とする光変位計測装置。 121受光素子は半導体装置検出素子であり、該検出素
    子の2つの位置情報を含む出力信号を交流増幅し、光源
    の出力変化のタイミングに応じてデータサンプリング及
    びA/D変換を行ない、これらのデジタル化した複数個
    のサンプリングデータから、演算プロセンサにより、2
    つの出力信号のピークツーピーク値V/、 %//、を
    各々デジタル演算して、求値することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の光変位計測装置。 (3)デジタル化してめた上記半導体装置検出素子の2
    つの出力信号の、ピークツーピーク値V’l。 V/、 ノ差(V’+ −V’! )及び和(V’、 
    十V’2)及び(V’+ −V’! )/(V’l +
    V’2 )を演算プロセッサにまり、デジクル演算して
    、被測定物に対する距離の変化量請求めることを特徴と
    する特許請求の箇囲第1項記載の光変位計測装置。
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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62245103A (ja) * 1986-04-17 1987-10-26 Nippon Steel Corp 信号処理回路
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JPS5810609A (ja) * 1981-07-14 1983-01-21 Rion Co Ltd 光学的測定方法
JPS5817311A (ja) * 1981-07-22 1983-02-01 Canon Inc 測距装置及びこれを用いた自動焦点調整装置

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