JPS62170802A - 光源の光度制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイババンドルを用いた光源の光度制御装
置に関し、特に反射式微小変位測定器に利用する標準光
源の光度を制御するのに好適な光度制御装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

一般に、被測対象物の移動距離、変位等を高精度に測定
するには、種々の測定方法が知られているが、光学的な
方法として、光フアイバハンドルを用いた反射式微小変
位測定器が知られている。

第６図ないし第８図により、従来技術による光ファイバ
バンドルを用いた微不変位測定器を示す。同図において
、ｌは光ファイババンドルを示し、該光ファイババンド
ル１は所望の長さをもった東線部２を有し、該東線部２
は発光用光ファイバ３と受光用光ファイバ４とが一体的
に東線され、該東線部２の一端側では該発光用光ファイ
バ３、受光用光ファイバ４に分岐している。そして、該
発光用光ファイバ３の一端側は入射部３Ａとなって、該
入射部３Ａの端面には例えば発光ダイオードからなる発
光器５が設けられ、また受光用光ファイバ４の一端側は
出射部４Ａとなって、該出射部４Ａの端面には例えばホ
トダイオードからなる受光器６が設けられている。一方
、前記東線部２の他端側はその端面において発光用光フ
ァイバ３、受光用光ファイバ４が露出し、軸中心側に位
置する円形状の投光端面３Ｂ、該投光端面３Ｂの外周に
これと同軸に位置する円環状の受光端面４Ｂを形成して
いる（第７図参照）。７は前記投光端面３Ｂ、受光端面
４Ｂと所定の距離りをもって対面する被測対象物を示す
。

このように構成される光ファイババンドル１を用いて微
小変位を測定するには、発光器５に所定の電流を流して
これを点灯する。これにより、発光器５からの光は発光
用光ファイバ３の入射部３Ａに送光され、該光ファイバ
３、東線部２を介してその他端側に位置する投光端面３
Ｂから被測対象物７に放射される。一方、該被測対象物
７からの反射光は光ファイバ４の他端側に位置する受光
端面４Ｂに入射され、東線部２、受光用光ファイバ４、
出射部４Ａを介して受光器６で受光される。この結果、
受光器６では反射光の強さに応じた電流ＩＣとして変換
され、該電流ＩＣは第８図に示すように被測対象物７と
の間の距離りに応じて所定の特性を有している。

即ち、第８図かられかるように、光ファイババンドル１
の他端側端面と被測対象物７との間の距離りが零のとき
は電流ＩＣは零であり、距離りの増加と共に電流ｒｃ　
も増大し、ある距２１　Ｄ　ｏで電流ＩＣが極大となり
、それ以上では漸次減少するような特性を有している。

このような電流特性において、距＃Ｄの変化と電流ＩＣ
の変化とが比例する範囲を利用すれば、当該電流Ｉｃの
変化から距離りを求めることができる。このため、受光
器６を演算回路（図示せず）に接続し、該演算回路によ
って電流ＩＣの変化を演算することにより、微小変位の
測定を行うことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るに、電流ＩＣが極大となる所定距離ｎ。

は、光ファイババンドルｌの他端側における投光端面３
Ｂ、受光端面４Ｂが構成する相対的位置、形状等の端面
パターン（以下、パターンという）に応じて一定となる
。従って、発光器５の光度が小さくなったり、被測対象
物７からの反射光が減少すると、電流ＩＣがＩｃ’に減
少するが、これら電流ＩＣまたはＩＣ’が極大となる距
離Ｄｏの位置は一定であることが知られている。従って
、光ファイババンドルｌを利用した反射式微小変位測定
器は、電流ＩＣが極大となる距離ＤＯは機種に応じて固
有の値となるから、当該特性を利用して電流ＩＣの変化
から距離りを容易に求めることができる。

しかし、この反面で極大となるときの電流■。

の値は、被測対象物７に応じて異なるから、極大となる
ときの電流ＩＣの値が予め規定した値となるように、発
光器５の光度を調整する必要がある。そして、この光度
調整操作を一般に較正手続と呼んでいる。いま、第８図
に示す特性線図の場合、ある被測対象物について電流特
性がＩｃ′であるときには、発光器５の光度を増大させ
、電流特性が規定の特性Ｉｃと一致するように較正手続
すれば、当該電流Ｉｃの値から距離りを求めることがで
きる。

而して、前述した方法にあっては、被測対象物７の反射
率が常に一定であるとか、または１回の測定毎に較正手
続をすることが容易であるような場合には問題は少ない
。しかし、次々と被測対象物７が変化するようなものを
自動測定する場合にあっては、反射率が一定であること
は期待できず、また較正手続も自動化しなければ、これ
に対処することができないという問題点がある。

本発明は前述した問題点に鑑みなされたもので、被測対
象物の反射率が変化した場合には発光器の光度を自動的
に調整して電流特性を規定の特性となるように制御し、
また演算回路に入力すべき電圧特性も規定の特性に維持
しうるようにした光源の光度制御装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は、一端側が入射
部および第１．第２の出射部となり、他端側の端面が前
記入射部からの光を放射する投光端面となると共に反射
光を入射する第１．第２の受光端面となった光ファイバ
バンドルと、前記入射部に設けられた発光器と、前記第
１．第２の出射部にそれぞれ設けられた第１．第２の受
光器と、該第１．第２の受光器からの出力の和を演算す
る加算手段と、定電圧を発生する定電圧電源手段と、該
定電圧電源手段と加算手段からの出力に基づき前記発光
器を所定の光度に調整する光度調整手段とから構成し、
反射光の増減に拘らず、発光器を所定の光度に維持する
ようにしたことにある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第５図に基づいて
詳細に述べる。なお、前述した従来技術と同一構成要素
には同一符号を付し、その説明を省略する。

第１図において、１１は本実施例の光ファイババンドル
を示し、該光ファイババンドル１１は所望の長さをもっ
た東線部１２を有し、該東線部１２は発光用光ファイバ
１３、第１の受光用光ファイバ１４．第２の受光用光フ
ァイバ１５が一体的に東線され、該東線部１２の一端側
でこれら各光ファイバ１３，１４．１５に分岐している
。そして、発光用光ファイバ１３の一端側は入射部１３
Ａとなって、該入射部１３Ａの端面には例えば発光ダイ
オードからなる発光器１６が設けられ、また第１．第２
の受光用光ファイバ１４゜１５の一端側はそれぞれ第１
．第２の出射部１４Ａ、１５Ａとなって、該各出射部１
４Ａ。

１５Ａの端面には例えばホトダイオードからなる第１．
第２の受光器１７．１８がそれぞれ設けられている。一
方、前記東線部１２の他端側は、その端面において第４
図に示す電流特性を得るように特殊なパターンとなって
いる。即ち、第２図に示すように軸中心側には発光用光
ファイバ１３の投光端面１３Ｂと、第２の受光用光ファ
イバ１５の第２の受光端面１５Ｂとが一様に混在する円
形状に形成され、該投光端面１３Ｂと第２の受光端面１
５Ｂの外周側にはこれと同軸に位置する第１の受光用光
ファイバー４による円環状の第１の受光端面１４Ｂが形
成され、これら投光端面１３Ｂ、第１．第２の受光端面
１４Ｂ、１５Ｂは被測対象物７と距離りをもって対面し
ている。

このように構成される光ファイババンドル１１は、発光
器１６を点灯すると、これからの光は発光用光ファイバ
ー３の入射部１３Ａに送光され、投光端面１３Ｂから被
測対象物７に放射される。

一方、被測対象物７からの反射光は第１．第２の受光用
光ファイバ１４．１５の受光端面１４Ｂ。

１５Ｂに入射され、第１．第２の出射部１４Ａ。

１５Ａで出射される。この結果、第１．第２の受光器１
７，１８では反射光の大きさに応じた電流工＾　、ＩＢ
　として変換され、これら電流１４　　。

ｒｓは第４図に示すように距離りに応じてパターンに対
応した所定の特性を有している。

ここで、各受光器１７．１８によって得られる電流ＩＡ
、ＩＢが極大となる距離りと電流特性曲線は、光ファイ
ババンドル１１の他端側端面のパターンによって決定さ
れる。そこで、本実施例の場合、第２図に示す如く前記
他端側端面を、中心側に投光端面１３Ｂと第２の受光端
面１５Ｂとで成形し、その外周側に第１の受光端面１４
Ｂを設けるパターンとすることにより、第３図に示す電
流特性を得ることができる。即ち、第３図において電流
ＩＡが極大となったときの電流値をＡＰ、そのときの距
離をＤＡ　、また電流Ｉ８が極大となったときの電流値
をＢＰ、そのときの距離をＤＢとすると、距離Ｉ）Ａ　
よりもＤＢの方を小さく、また電流値ＡＰ、ＢＰをほぼ
等しい特性を得ることができる。そして、電流ＩＡ、１
．の交点をＡ３．Ｂ３．その点の距離をＢ３とし、当該
距離Ｄ３を挟んで距離ＤＢ、ＤＡ　との間のある距離を
ＤＩ、Ｂ２．その距離Ｄ１．Ｄ２での電流値をＢ１およ
びＡＩ　、Ｂ２およびＡ２とする。

このような関係において、電流ＩＡ、ＩＢ　を電圧変換
して電圧ＶＡ　　＊　ｖｅ　とし、当該電圧ＶＡ　　。

ＶＢを減算または加算すれば第４図に示す如き電圧特性
を得ることができる。即ち、第４図において、電圧ＶＡ
かもｖ８を減算すれば電圧Ｖｌ　なる特性を得ることが
でき、電圧ＶＡ　＆Ｖａを加算すれば電圧ｖ２なる特性
を得ることができる。そして、電圧ｖ１の特性は距＊　
Ｄ　ｅ　とＤＡの間では負から正に向けて直線的に立上
る電圧特性となり、距離Ｄ１　とＤ２の間ではほぼ直線
的に変化する。

従って、この電圧特性を演算回路に入力し、電圧の変化
を演算すれば、微小変位の測定を行うことができる。一
方、電圧ｖ２の特性は距離ＤＢとＤＡ　との間ではほぼ
一定な正の電圧特性となっているから、当該電圧特性を
利用して発光器１６を制御すれば、該発光器１６の光度
を規定値に制御しうる。

本実施例はこのような点に着目してなされたもので、第
５図によりその具体的回路構成を示す・ 同図において、１９は反転入力端子に第１の受光器１７
が接続され、該受光器１７からの電流１Ａ　を電圧−Ｖ
Ａ　として反転増幅する増幅器、２０は該増幅器１９の
出力を電圧＋ＶＡ　として反転増幅する増幅器、一方２
１は反転入力端子に第２の受光器１８が接続され、該受
光器１８からの電流ＩＢを電圧−ｖ８として反転増幅す
る増幅器、２２は該増幅器２１の出力を電圧＋ｖ６とし
て反転増幅する増幅器、２３は前記増幅器２０の出力側
が非反転入力端子と接続されると共に増幅器２２の出力
側が反転入力端子と接続され、■へ−ｖ８の減算処理を
行う減算器で、該減算器２３の出力端子２３Ａからはｖ
ｌ＝ｖ八−ＶＢなる電圧信号を出力する。そして、この
電圧信号は第４図中に示すＶｌなる電圧特性を有してお
り、当該電圧ｖ１は微小変位を演算する演算回路に入力
される。

一方、２４は反転入力端子側が前記増幅器１９．２１の
出力側と接続され、これらからの出力電圧−Ｖ八　、−
ｖ８を、■へ十ｖ８として加算処理を行う加算器で、該
加算器２４の出力端子２４ＡからはＶ２　＝ｖＡ　＋ｖ
Ｂなる正の電圧信号を出力する。そして、この電圧信号
は第４図に示すｖ２なる電圧特性を有している。

２５は発光器１６に供給するための負の定電圧を規準電
圧として発生する定電圧電源回路で、該定電圧電源回路
２５は例えば定電圧ダイオード２６と、負荷となる電圧
調整器２７とを含んで構成され、電圧−■を印加するこ
とにより、定電圧ダイオード２６に発生した一定電圧は
電圧調整器２７によって適宜調整しうるようになってい
る。

２８は非反転入力端子が電圧調整器２７と接続された緩
衝器で、該緩衝器２８からは電圧調整器２７の出力電圧
に対応した増幅率１の負の電圧−Ｖｏを出力する。

２９は光度調整回路で、該光度調整回路２９は加算器３
０と定電流回路３１とから構成されている。ここで、前
記加算器３０は反転入力端子側が前述した加算器２４、
緩衝器２８と接続され、出力端子側から加算器２４の出
力電圧＋ｖ２と緩衝器２８の出力電圧−Ｖｏ　とを加算
した出力を電圧ｖ３として発生するようになっている。

そして、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を図示のように設定する
と、電圧ｖ３は となり、抵抗Ｒ１＝Ｒ２とすると、該電圧■３はＶ３　
＝　−（Ｖ２−ＶＯ） ＝Ｋ　（Ｖｏ　−Ｖ２　） となる。また、定電流回路３１は非反転入力端子が前記
加算器３０の出力側と接続された演算増幅器３１Ａと、
該演算増幅器３１Ａの出力がベースと接続されると共に
エミッタがその非反転入力端子と接続され、コレクタが
発光器１６のカソードと接続されたＮＰＮ型トランジス
タ３１Ｂと、抵抗Ｒ４とから構成される。そして、加算
器３０からの出力電圧ｖ３は定電流回路３１に入力され
、１６を点灯するようになっている。

本実施例はこのように構成されるが、次にその作用につ
いて述べる。

まず、定電圧電源回路２５の電圧調整器２７を所定の規
準電圧となるように設定し、該定電圧電源回路２５に一
■の電圧を供給する。すると、緩衝器２８には電圧調整
器２７で設定された負の定電圧−■０を発生する。そし
て、この負の電圧は加算器３０に入力されて正の電圧に
変換され、定電流回路３１に入力され、トランジスタ３
１Ｂを流れる電流ＩＯに基づいて発光器１６を点灯する
。この際、前記定電圧電源回路２５の出力電圧は負の電
圧であるから、電圧調整器２７によってこの電圧を増大
させると、発光器１６を流れる電流ＩＤ　も増大するか
ら、該発光器１６の光度を増加させることができる。

次に、光ファイババンドル１１の他端側を被測対象物７
と距＃Ｄをもって対面させると、前述したように第１．
第２の受光器１７．１８は第３図に示す如き電流１八　
、Ｉａが得られる。そして、この電流１八　、ＩＢは増
幅器１９と２０．２１と２２をそれぞれ介して、減算器
２３によってＶｌ　＝Ｖ４−ＶＢなる演算が行われると
共に、増幅器１９．２１からの出力は加算器２４によっ
て、Ｖ２　＝Ｖ＾＋ＶＢ　として加算される。

然るに、前記加算器２４から操作される電圧ｖ２は正の
電圧であるのに対し、緩衝器２８から出力される電圧−
ＶＯは負の電圧である。この結果、光度調整回路２９を
構成する加算器３０からの出力電圧Ｖ３は、加算器２４
からの出力電圧■２が増大すると減少し、逆に加算器３
０かもの出力電圧ｖ３は、加算器２４からの出力電圧Ｖ
２が減少すると増大する。このため、加算器３０からの
電圧■３に基づき、当該電圧ｖ３が増大すると定電流回
路３１から発光器１６に流れる電流工ｏが大となって該
発光器１６の光度を増大させ、逆に当該電圧Ｖ３が減少
すると発光器１６に流れる電流ＩＤが小となって該発光
器１６の光度を減少させる。

かくして、加算器２４には定電圧電源回路２５で設定さ
れた規準電圧−ＶＯに平衡する電圧■２が自動的に得ら
れ、発光器１６の光度は当該規準電圧−ＶＯによって規
定されることになる。即ち、標準光源となる発光器１６
の光度は所定の光度となるように制御され、自動的に較
正手続が行われることになる。

以上のようにして、被測対象物７の反射率が変動して受
光器１７．１８の出力電圧が変動すると、加算器２４の
出力電圧ｖ２が変動し、該出力電圧Ｖ２が増大したとき
には発光器１６の光度を低下させ、該出力電圧ｖ２が減
少したときには発光器１６の光度を増大させるように、
所定の規定値に自動的に制御されることになる。一方、
距離りと電圧Ｖとの関係を示す、減算器２３からの出力
電圧■】も、その直線部分が常に規定値を維持するよう
に再現され、反射式微小変位測定器として極めて高精度
な測定を行うことができる。

なお、上記実施例では光ファイババンドル１１の他端側
端面のパターンを、第２図に示す如く中心部に投光端面
１３Ｂと第２の受光端面１５Ｂを混在させ、この周囲に
第１の受光端面１４Ｂを設ける構成として述べたが、こ
れに限ることなく矩形状、半円形状等の形状としてもよ
く、適宜の分布、配置関係を採用することができる。ま
た、発光器１６として発光ダイオードを例に挙げたが、
ランプその他の種々の光源を用いることができ、−力受
光器１７．１８もホトダイオードに限ることなくホトト
ランジスタを用いてもよい。さらに、増幅器１９〜２２
、減算器２３、加算器２４、定電圧電源回路２５、光度
調整回路２９等は本発明による光度制御回路の具体例で
あるが、定電圧電源回路の規準電圧と加算器からの出力
電圧に基づいて、発光器の光度を所定値に制御しうるも
のであれば、実施例に限るものでない。さらに、本発明
は微小変位測定器に限ることなく、各種測定器制御装置
、演算器等の光学機−に広く用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る光源の光度制御装置は以上詳細に述べた如
くであって、光ファイババンドルに入射する反射光の増
減に拘らず、発光器の光度を定電圧電源回路で設定した
規定値に維持するように構成したから、反射率が変動し
ても標準光源となる発光器の光度を自動的に較正するこ
とができ、これを測定器に用いた場合には高精度な自動
測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係り、第１図は
反射式微小変位測定器に用いる光ファイババンドルを示
す外観図、第２図は第１図中の他端側端面を示す端面図
、第３図は第１．第２の発光器による検出電流を示す電
流特性線図、第４図は減算器、加算器からの出力電圧を
示す電圧特性線図、第５図は前記測定器の具体的回路図
、紹６図ないし第８図は従来技術に係り、第６図は従来
技術による反射式微小変位測定器に用いる光ファイババ
ンドルの外観図、第７図は第６図中の他端側端面を示す
端面図、第８図は受光器による検出電流を示す電流特性
線図である。 １１・・・光ファイババンドル、１２・・・束線部、１
３・・・発光用光ファイバ、１３Ａ・・・入射部、１３
Ｂ・・・投光端面、１４・・・第１の受光用光ファイバ
、１４Ａ・・・第１の出射部、１４Ｂ・・・第１の受光
端面、１５・・・第２の受光用光ファイバ、１５Ａ・・
・第２の出射部、１５Ｂ・・・第２の受光端面、１６・
・・発光器、１７・・・第１の受光器、１８・・・第２
の受光器、１９，２０，２１．２２・・・増幅器、２３
・・・減算器、２４・・・加算器、２５・・・定電圧電
源回路、２８・・・緩衝器、２９・・・光度調整回路、
３１・・・定電流回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端側が入射部および第１、第２の出射部となり
   、他端側の端面が前記入射部からの光を放射する投光端
   面となると共に反射光を入射する第１、第２の受光端面
   となった光ファイババンドルと、前記入射部に設けられ
   た発光器と、前記第１、第２の出射部にそれぞれ設けら
   れた第１、第２の受光器と、該第１、第２の受光器から
   の出力の和を演算する加算手段と、定電圧を発生する定
   電圧電源手段と、該定電圧電源手段と加算手段からの出
   力に基づき前記発光器を所定の光度に調整する光度調整
   手段とから構成してなる光源の光度制御装置。
2. （２）前記第１、第２の受光器からの出力の差を出力信
   号として演算する減算手段を設けてなる特許請求の範囲
   （１）項記載の光源の光度制御装置。