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Die
Erfindung betrifft eine optische Abstandsmeßeinrichtung und ein optische
Abstands, bei dem ein Objekt mit Lichtstrahlen beleuchtet, das von
dem Objekt reflektierte Licht erfaßt und dadurch die Entfernung
bzw. der Abstand zu dem Objekt und die Verschiebung gegenüber einer
Referenzlage des Objekts durch Triangulation erfaßt wird.
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Bisher
war eine optische Abstandsmeßeinrichtung
oder Verschiebungsmeßeinrichtung
bekannt, welche ein Objekt 3 mit Strahlungslicht bzw. Lichtstrahlen
beleuchtet, die dadurch bereitgestellt werden, daß von einer
Laserdiode 11 abgestrahltes infrarotes Licht durch eine
Lichtübertragungslinse
geleitet wird, diffuses reflektiertes Licht von dem Objekt 3 durch
eine Lichtempfangslinse 22 eines optischen Lichtempfangssystems
an einem Lageerfassungselement 21 empfangen wird und durch
Anwenden des Prinzips der Triangulation die Entfernung bzw. der Abstand
zu dem Objekt 3 (oder die Verschiebung gegenüber der
Referenzlage des Objekts 3) ermittelt wird, wie in 29 gezeigt. D.h., das Bild
eines Lichtübertragungspunkts,
der auf der Oberfläche
des Objekts 3 erzeugt wird, indem das Objekt 3 mit
Strahlungslicht beleuchtet wird, wird auf der Lichtempfangsfläche des
Positions- bzw. Lageerfassungselements 21 durch die Lichtempfangslinse 22 zum
Erzeugen eines Lichtempfangspunkts abgebildet, so daß dann,
wenn sich die Entfernung zu dem Objekt 3 ändert, sich
die Stelle, an der der Lichtempfangspunkt erzeugt wird, ändert, und
dies zur Ermittlung der Entfernung zu dem Objekt 3 verwendet
wird.
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Die
Laserdiode 11 wird durch ein Ansteuersignal mit einer Frequenz
fA, welche durch einen Oszillator 13 ausgegeben und durch
eine LD- bzw. Laserdioden-Treiberschaltung 14 geleitet
wird, angesteuert, und gibt Laserlicht aus, welches derart moduliert
ist, daß sich
die Lichtausgabe gemäß der Form
einer Sinuswelle ändert.
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Das
Lageerfassungselement 21 verwendet ein lageempfindliches
Element (PSD, position sensitive device), welches derart angeordnet
ist, daß die Längenrichtung
mit der Richtung der Bewegung des Lichtempfangspunkts in Übereinstimmung
gebracht wird, oder zwei Dioden, die in der Richtung der Bewegung
des Lichtempfangspunkts angeordnet sind. Das lageempfindliche Element,
welches ein nadelförmiges
Halbleiterelement ist, umfaßt
ein Paar von Elektroden, die in Längsrichtung an beiden Enden der
Lichtempfangsfläche
vorgesehen sind, und eine gemeinsame Elektrode. Wenn ein Lichtpunkt
auf der Lichtempfangsfläche
erzeugt wird, wird der Widerstand zwischen den Elektroden an beiden
Enden an der Lage des Lichtpunkts in Abhängigkeit von der Lage des Lichtpunkts
aufgeteilt. D.h., es wird ein konstanter Strom von der gemeinsamen
Elektrode zugeführt,
und es werden Lagesignale 11A und 12A mit einem
Stromwert mit dem Verhältnis
entsprechend der Lage des Lichtpunkts von den Elektroden an beiden
Enden ausgegeben. Da die Lage des Lichtpunkts in Beziehung zu dem
Verhältnis
zwischen den Lagesignalen 11A und 12A steht, wird
die Lage des auf der Empfangsfläche
des lageempfindlichen Elements erzeugten Lichtpunkts zu einer Funktion
gemäß (11A-12A)/(11A+12A)
oder einem korrigierten Wert hiervon.
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Die
Lagesignale 11A und 12A von elektrischen Signalen,
die durch das Lageerfassungselement 21 ausgegeben werden, werden
durch I/V- bzw. Strom/Spannungs-Umwandlungsschaltungen 23a und 23b in
Spannungssignale umgewandelt, und die Spannungssignale werden durch
Verstärker 24a und 24b verstärkt und
dann durch Erfassungsschaltungen 25a und 25b synchron
erfaßt,
wobei nur Signalkomponenten Vd1A und Vd2A extrahiert werden. Die Erfassungszeiten
der Erfassungsschaltungen 25a und 25b werden durch
ein Zeitsteuersignal, welches durch eine Zeitsteuerschaltung 28 auf
der Grundlage des Ausgangs des Oszillators 13 generiert
wird, gesteuert. Da infolge des modulierten Laserlichts die auf
diese Art und Weise extrahierten Signalkomponenten Vd1A und Vd2A
Impuls-Signalverläufen ähnlich sind,
werden Lageinformationssignale V1A und V2A, die durch Mitteln von
Ausgangswerten der Erfassungsschaltungen 25a und 25b durch
Tiefpaßfilter 26a und 26b bereitgestellt
werden, ermittelt, um die Signalpegel zu extrahieren.
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Da
die Lageeinformationssignale V1A und V2R elektrische Signale sind,
deren Signalwerte proportional zu den Signalwerten der Lagesignale 11A und 12A sind,
kann dann, wenn ein Betriebsabschnitt 27 (V1R-V2A)/(V1A+V2A)
ermittelt, eine Information bereitgestellt werden, die zu der Entfernung
zu dem Objekt 3 äquivalent
ist. Im einzelnen besteht der Betriebsabschnitt 27 aus
einem Differenzberechnungsabschnitt 27a zum Ermitteln von
(V1A-V2A), einem Summenberechnungsabschnitt 27b zum
Ermitteln von (V1A+V2A), und einem Divisionsabschnitt 27c zum
Teilen des Ausgangswerts des Differenzberechnungsabschnitts 27a durch
den Ausgangswert des Summenberechnungsabschnitts 27b. Da
der durch den Summenberechnungsabschnitt 27b ermittelte Wert
(V1A+V2A) ein Wert ist, der für
alle Ströme
des Lageerfassungselements 21 (11A+12A) äquivalent ist
und der Lichtempfangsmenge entspricht, wird der analoge Ausgangswert
normiert, so daß eine Änderung
der Lichtempfangsmenge, die durch den Reflexionsfaktorunterschied
auf der Oberfläche
des Objekts 3 oder den Unterschied in der Laserlichtstärke, die
durch die Laserdiode 11 erzeugt wird, verursacht wird,
durch den Wert, der durch den Betriebsabschnitt 27 ausgegeben
wird, nicht beeinträchtigt
wird. Dies bedeutet, daß die
Entfernung zu dem Objekt 3 in idealer Weise auch dann ermittelt
werden kann, wenn sich die Lichtempfangsmenge ändert.
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Ferner
ist die Anordnung zweier optischer Abstands- oder Verschiebungsmeßeinrichtungen
bekannt, welche nachstehend in Kurzform als Abstands- oder Verschiebungssensoren 1A und 1B bezeichnet
werden, die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen,
um den Abstand bzw. die Entfernung zu beiden Seiten eines Objekts 3 und
damit die Dicke desselben zu messen. Somit sind die beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B derart
angeordnet, daß Lichtstrahlen,
die in zueinander entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind,
erzeugt werden, und die Meßwerte
in den Verschiebungssensoren von dem Abstand zwischen diesen subtrahiert werden,
um die Dicke des Objekts 3 zu ermitteln. In der Praxis
wird zu dem zusätzlichen
bzw. addierten Wert der Meßergebnisse
eines Referenzteils mit bekannter Dicke aus den Verschiebungssensoren 1A und 1B die
Dicke des Referenzteils addiert, um eine Korrekturkonstante α zu erzeugen,
welche äquivalent zu
der grundlegenden Entfernung zwischen den beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B ist.
Die Summe der mit den Verschiebungssensoren 1A und 1B gemessenen
Entfernungen LA und LB für
das zu messende Objekt 3 wird von der Korrekturkonstante α subtrahiert
(α-(LA+LB)),
wodurch die Dicke des Objekts 3 ermittelt werden kann.
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Ferner
messen dann, wenn zwei Verschiebungssensoren 1A und 1B verwendet
werden, um die Dicke des Objekts 3 zu messen, wie vorstehend beschrieben,
wenn das Objekt 3 nicht durchscheinend bzw. lichtundurchlässig ist,
die beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B die
Dicke separat, so daß kein
Problem auftritt. Wenn das Objekt 3 lichtundurchlässig ist,
interferieren die beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B miteinander
bzw. beeinflussen sich, so daß die
Dicke nicht mit guter Genauigkeit gemessen werden kann. Beispielsweise
erreicht dann, wenn das Objekt 3 aus Papier, Keramik etc.
besteht, Strahlungslicht das Innere des Objekts 3. Wenn
dessen Dicke klein ist, scheint daher ein Teil des Strahlungslichts
auf die rückwärtige Fläche durch
und wird an dem gegenüberliegenden
Verschiebungssensor 1A, 1B empfangen. Jedoch sind die
Strahlen moduliert, wie vorstehend beschrieben, so daß normalerweise
ein Phasenunterschied zwischen ihnen besteht. Außerdem ist es schwierig, die Charakteristiken
bzw. Kennlinien der beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B vollständig in Übereinstimmung
bzw. zur Deckung zu bringen. Es besteht infolgedessen normalerweise
auch ein Unterschied zwischen die Strahlen modulierenden Frequenzen
fA und fB. Daher ändert
sich die an dem Verschiebungssensor 1A, 1B empfangene Licht-(wellen)länge zeitlich
mit der Taktfrequenz, die äquivalent
zu dem Unterschied zwischen den Frequenzen fA und fB ist, wie in 30 gezeigt ist. Die Amplitude
der zeitlichen Änderung ändert sich
mit dem Verhältnis
zwischen dem reflektierten Licht und dem übertragenen Licht. Der Unterschied
zwischen den Frequenzen fA und fB wird aus verschiedenen Gründen, u.a.
auch durch Schwankungen von Schaltungskonstanten, Schwankungen der
Temperaturcharakteristiken etc. verursacht. Die empfangene Lichtamplitude
und Frequenz können
daher nicht eindeutig bestimmt werden.
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Es
ist daher schwierig, eine derartige Taktkomponente, die in dem Eingangssignal
des Betriebsabschnitts 27 enthalten ist, zu entfernen.
D.h., die Lageinformationssignale V1A und V2A (V1B und V2B), die
dem Betriebsabschnitt 27 des Verschiebungssensors 1A (dem
Betriebsabschnitt 27 des Verschiebungssensors 1B)
zugeführt
werden, ändern
ihre Amplitude mit der Taktfrequenz, so daß sich der Nenner ((V1A-V2A),
(V1B-V2B)) bei der Entfernungsermittlung ändert; infolgedessen ändert sich die
Meßgenauigkeit
oder die Auflösung
immer mit der Zeit.
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In
idealer Weise stimmen die Entfernungen auch dann überein,
wenn sich die Lichtempfangsmenge ändert. In der Praxis enthält die Verarbeitung des
Lageerfassungsabschnitts 21 bis hin zu dem Betriebsabschnitt 27 einen
nichtlinearen Teil. Daher ändert
sich dann, wenn die Amplitude der zeitlichen Änderung der Lichtempfangsmenge
groß ist,
die ermittelte Entfernung. Einige der beteiligten Schaltungen können gesättigt sein;
eine Entfernungsmessung wird unmöglich
gemacht, oder es tritt ein großer
Fehler auf.
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Vorstehend
wurde ein Beispiel diskutiert, bei dem die Strahlen der beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B miteinander
interferieren, um die Dicke des Objekts 3 zu messen. Wenn
eine Vielzahl der Verschiebungssensoren 1A und 1B in
positionaler Beziehung bereitgestellt werden derart, daß sie so angeordnet
sind, daß ihre
Lichtstrahlen miteinander interferieren, beispielsweise derart,
daß die
Verschiebungssensoren 1A und 1B nebeneinanderliegend angeordnet
sind und ein Lichtübertragungspunkt
innerhalb des Erfassungs- oder Sichtfelds des Lageerfassungselements 21 erzeugt
wird, besteht auch eine Möglichkeit
dahingehend, daß eine
Interferenz auftreten kann.
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Ferner
offenbart die Druckschrift
US
5 351 126 ein optisches Meßsystem zur Bestimmung der Dicke
oder des Profils eines Objekts, wobei erste und zweite Lichtstrahlen
jeweils mittels optischer Köpfe erzeugt
und auf erste und zweite Punkte der Oberfläche des Objekts gerichtet werden,
wobei beide Punkte einen unterschiedlichen Abstand von den optischen
Köpfen
aufweisen. Mittels jeweiliger Fotosensoren, die in den optischen
Köpfen
angeordnet sind, werden Erfassungssignale aufgenommen. Das von den
optischen Köpfen
erzeugte und auf das zu messende Objekt gerichtete Licht ist in
der Weise moduliert, daß unterschiedliche
Frequenzen vorliegen. Dies vermindert eine Interferenz zwischen
den Lichtstrahlen des ersten und zweiten optischen Kopfs sowie auch
in Hinblick auf ein Umgebungslicht uns ermöglicht eine verbesserte Auswertung
der Sensorsignale. Eine Schalteinrichtung ist vorgesehen zum selektiven
Verbinden der ersten und zweiten Ausgänge des ersten und zweiten
optischen Kopfs auf eine einzige Verarbeitungsschaltung zur Weiterverarbeitung der
aufgenommenen Signale und zur Erfassung des Profils oder der Dicke
des Objekts. Die bekannte Schalteinrichtung bewirkt somit ein Zu-
und Abschalten der jeweils zu betreibenden optischen Köpfe, wobei
die Verarbeitungsschaltung mit dem jeweils aktiven optischen Kopf
verbunden ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Abstandsmeßeinrichtung,
ein Abstandsmeßverfahren
und ein Abstands zum Messen eines Abstands derart auszugestalten,
daß bei mehreren
Abstandssensoren eine gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer optischen Abstandsmeßeinrichtung, einem optischen
Abstandsmeßverfahren
und einem optischen Abstandsmeßsystem
gemäß den zugehörigen Patentansprüchen gelöst.
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Optische
Abstandsmeßeinrichtung
bzw. Verschiebungsmeßeinrichtung
zur Ermittlung von Entfernungen zu einem Objekt umfaßt erfindungsgemäß einen
ersten und zweiten Abstandssensor, die ein Objekt jeweils mit modulierten
Lichtstrahlen aus einem Lichtabstrahlelement beleuchten, so daß ein Lichtübertragungspunkt
auf einer Oberfläche
des Objekts entsteht, von dem ein Bild auf einer Lichtempfangsfläche eines
Lageerfassungselementes erzeugt und dadurch ein Lichtempfangspunkt
bereitgestellt wird, eine erste Modulationssteuereinrichtung des
ersten Abstandssensors und eine zweite Modulationssteuereinrichtung
des zweiten Abstandssensors, die die Abgabe der modulierten Lichtstrahlen des
jeweiligen Lichtabstrahlelements und die Erfassung jeweiliger Lichtempfangspunktlagen
abwechselnd anhalten und freigeben, wodurch bei freigegebener Lichtabgabe
und Lageerfassung des einen Abstandssensors die Lichtabgabe und
Lageerfassung des anderen Abstandssensors angehalten wird, und einen
Verarbeitungsabschnitt zur jeweiligen Ermittlung einer Entfernung
zu dem Objekt aus der Lage des Lichtempfangspunktes.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
beginnt mit dem Aussenden der Lichtstrahlen bei Empfang des Modulationssteuereingangssignals,
welches eine Anweisung zum Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs
darstellt, von außen
und verwendet das Ausgangssignal des Lageerfassungselements dazu,
nach dem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitdauer, die zur Stabilisierung
des begonnenen Vorgangs benötigt
wird, die Entfernung bzw. den Abstand zu dem Objekt zu ermitteln.
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Die
Häufigkeit,
mit der die Lichtstrahlen zwischen dem Empfang der Anweisungen zum
Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs
und zum Beenden des Entfernungsmeßvorgangs abgestrahlt werden,
wird derart festgelegt, daß ein
mittlerer Fehlerwert der Entfernungsmessung in einem Zeitraum kurz
nach dem Beginn des Vorgangs, in dem der Vorgang instabil ist, ignoriert
werden kann.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
umfaßt
erfindungsgemäß ein Schaltelement,
welches zwischen dem Lageerfassungselement und dem Verarbeitungsabschnitt
angeordnet ist und die Zufuhr des Ausgangssignals des Lageerfassungselements zu
dem Verarbeitungsabschnitt unterdrückt, während der Entfernungsmeßvorgang
auf den Empfang des Modulationssteuereingangssignals von außen hin angehalten
ist.
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Die
Modulationssteuereinheit gibt eine von zwei Spannungen als Modulationssteuerausgangssignal
aus, wobei ein erster Schwellenwert außerhalb des Bereichs der beiden
Spannungen und ein zweiter Schwellenwert innerhalb des Bereichs
der beiden Spannungen für
einen Vergleich mit dem Modulationssteuereingangssignal festgelegt
sind. Wenn das Modulationssteuereingangssignal in Bezug auf den ersten
Schwellenwert innerhalb des Bereichs der beiden Spannungspegel liegt,
bestimmt die Modulationssteuerschaltung das Ende oder den Neustart
des Entfernungsmeßvorgangs
in Antwort auf eine Größer-Gleich-
oder Kleiner-Gleich-Beziehung
zwischen dem zweiten Schwellenwert und dem Modulationssteuereingangssignal,
und die Modulationssteuerschaltung legt dann, wenn das von außen zugeführte Modulationssteuereingangssignal
nicht existiert, die zu den beiden Spannungen in Bezug auf den ersten Schwellenwert
entgegengesetzte Spannung als das Modulationssteuereingangssignal
zum Fortsetzen des Entfernungsmeßvorgangs ohne Unterbrechung fest.
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Das
Modulationssteuereingangssignal ist ein von einer Modulationssteuerschaltung
empfangenes Signal und das Modulationssteuerausgangssignal ist ein
von einer Modulationssteuerschaltung abgegebenes Signal
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Der
Verarbeitungsabschnitt umfaßt
erfindungsgemäß eine Rückkopplungs-Steuerschaltung, die
eine Rückkopplungssteuerung
der Lichtausgabe des Lichtabstrahlelements durchführt, um
eine Lichtempfangsmenge an dem Lageerfassungselement nahezu konstant
zu halten.
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Das
Lageerfassungselement gibt erfindungsgemäß ein Paar von Lagesignalen
mit einem Signalwertverhältnis
aus, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichterfassungspunkts bestimmt wird, und der Verarbeitungsabschnitt
umfaßt
einen variablen Verstärker
mit einem variablen Verstärkungsfaktor,
der die durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Lagesignale
verstärkt,
und eine Rückkopplungs-Steuerschaltung,
die derart eine Rückkopplungssteuerung
des Verstärkungsfaktors
des variablen Verstärkers
durchführt,
daß ein
Summenwert von Ausgangswerten nach den paarweise vorliegenden Lagesignalen,
die durch den variablen Verstärker
verstärkt
werden, nahezu gleich wird.
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Das
Lageerfassungselement gibt ein Paar von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis aus,
das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichterfassungspunkts bestimmt wird, und der Verarbeitungsabschnitt
umfaßt
einen variablen Verstärker
mit einem variablen Verstärkungsfaktor,
der die durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Lagesignale
verstärkt,
und eine Rückkopplungs-Steuerschaltung,
die derart eine Rückkopplungssteuerung der
Lichtausgabe des Lichtabstrahlelements durchführt, daß eine Lichtempfangsmenge an
dem Lageerfassungselement nahezu konstant wird, sowie derart eine
Rückkopplungssteuerung
des Verstärkungsfaktors
des variablen Verstärkers
durchführt,
daß ein Summenwert
von Ausgangswerten nach den paarig vorliegenden Lagesignalen, die
durch den variablen Verstärker
verstärkt
werden, nahezu gleich wird.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
umfaßt
ferner eine erste Umschaltschaltung, die die Lagesignale bei jedem
Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus des Lichtstrahls erfaßt, eine zweite Umschaltschaltung,
die synchron mit der ersten Umschaltschaltung ein Ausgangssignal
der synchronen Erfassungseinrichtung in ein Paar von Signalen separiert,
und einen Betriebsabschnitt, der eine Verschiebung aus einer Referenzlage
des Objekts auf der Grundlage des Ausgangssignals der zweiten Umschaltschaltung
berechnet.
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Erfindungsgemäß umfaßt ferner
das optische Abstandsmeßsystem
eine Vielzahl von optischen Abstandsmeßeinrichtungen, wobei die Vielzahl
der optischen Abstandsmeßeinrichtungen
in zwei miteinander interferierende Gruppen gruppiert sind, und
die Modulationssteuereingänge
und Modulationssteuerausgänge
der jeweils eine Gruppe bildenden optischen Abstandsmeßeinrichtungen
miteinander verbunden werden, um einen Modulationssteuerausgang
einer Gruppe in den Modulationssteuereingang einer anderen Gruppe
zu leiten.
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Das
Lageerfassungselement gibt erfindungsgemäß ein Paar von Positionssignalen
mit einem Signalwertverhältnis
aus, welches in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird. Eine erste Umschaltschaltung ändert die
Lagesignale nach jeweils einem Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen
des Modulationszyklus der Lichtstrahlen, um selektiv eines der Signale
auszugeben, eine synchrone Erfassungseinrichtung zum erfaßt das Ausgangssignal
der ersten Umschaltschaltung in Übereinstimmung
mit dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen, eine zweite Umschaltschaltung
separiert ein Ausgangssignal der synchronen Erfassungseinrichtung
in ein Paar von Signalen synchron mit der ersten Umschaltschaltung,
und ein Betriebsabschnitt berechnet einen Abstand bzw. eine Verschiebung aus
einer Referenzlage des Objekts auf der Grundlage eines Ausgangs
der zweiten Umschaltschaltung.
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Erfindungsgemäß umfaßt ferner
die Abstandsmeßeinrichtung
eine Verarbeitungseinrichtung, die einen ersten Betriebsabschnitt,
der Subtraktions- und Additions-Operationen
mit den Lagesignalen durchführt
und die resultierenden Signale ausgibt, eine erste Umschaltschaltung,
die die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts bei jedem
Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt, eine zweite Umschaltschaltung,
die synchron mit der ersten Umschaltschaltung ein Ausgangssignal
der synchronen Erfassungseinrichtung in ein Paar von Signalen separiert,
und einen zweiten Betriebsabschnitt, der einen Abstand bzw. eine
Verschiebung aus einer Referenzlage des Objekts auf der Grundlage
des Ausgangsignals der zweiten Umschaltschaltung berechnet.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
umfaßt
erfindungsgemäß ferner
eine Verarbeitungseinrichtung, die einen ersten Betriebsabschnitt,
der Subtraktions- und Additions-Operationen
mit den Lagesignalen durchführt
und die resultierenden Signale ausgibt, eine Umschaltschaltung,
die die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts bei jedem
Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus des Strahlungslichts ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus des Strahlungslichts erfaßt, einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert
und einen Abstand bzw. eine Verschiebung aus einer Referenzlage
des Objekts berechnet.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
umfaßt
ferner einen ersten Betriebsabschnitt, der das andere Lagesignal
von einem Lagesignal, das durch das Lageerfassungselement ausgegeben
wird, subtrahiert und ein Subtraktionsresultatsignal und das andere
Lagesignal ausgibt, eine Umschaltschaltung, die die Ausgangssignale
des ersten Betriebsabschnitts bei jedem Zyklus eines ganzzahligen
Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus des Strahlungslichts erfaßt, und einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert
und ein Abstand bzw. eine Verschiebung aus einer Referenzlage des
Objekts berechnet.
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Die
optische Abstandsmeßeinrichtung
umfaßt
ferner einen ersten Betriebsabschnitt, der das andere Lagesignal
von einem Lagesignal, das durch das Lageerfassungselement ausgegeben
wird, subtrahiert und ein Subtraktionsresultatsignal und das eine
Lagesignal ausgibt, eine Umschaltschaltung, die die Ausgangssignale
des ersten Betriebsabschnitts bei jedem Zyklus eines ganzzahligen
Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt, und einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert und
einen Abstand bzw. eine Verschiebung aus einer Referenzlage des
Objekts berechnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels
der optischen Abstands- bzw. Verschiebungsmeßeinrichtung;
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2(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels der
Verschiebungsmeßeinrichtung;
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3 ein
Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
4(a) bis (l) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
5(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise eines dritten Ausführungsbeispiels der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
6 ein
Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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7(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des vierten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
8 ein
Blockdiagramm eines fünften
Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
9(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des fünften
Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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10 ein
Blockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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11(a) bis (l) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des sechsten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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12(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise eines siebten Ausführungsbeispiels der Verschiebungsmeßeinrichtung;
-
13 ein
Blockdiagramm eines achten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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14(a) bis (k) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des achten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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15(a) ein Schaltungsdiagramm eines Hauptabschnitts
zum Zeigen eines neunten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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15(b) bis (d) weitere Ausführungsformen des neunten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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16(a) bis (e) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des neunten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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17 eine
Darstellung, welche ein Anordnungsbeispiel gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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18 ein Schaltungsdiagramm eines Hauptabschnitts,
welches das zehnte Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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19(a) bis (f) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des zehnten Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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20 eine Darstellung, welche ein Anordnungsbeispiel
gemäß einem
elften Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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21(a) bis (h) Darstellungen zum Erklären der
Funktionsweise des elften Ausführungsbeispiels
der Verschiebungsmeßeinrichtung;
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22 ein Blockdiagramm, welches ein zwölftes Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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23 ein Blockdiagramm, welches ein dreizehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
-
24 ein Blockdiagramm, welches ein vierzehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
-
25 ein Blockdiagramm, welches ein fünfzehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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26 ein Blockdiagramm, welches ein sechzehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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27 ein Blockdiagramm, welches ein siebzehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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28 ein Blockdiagramm, welches ein achtzehntes
Ausführungsbeispiel
der Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt;
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29 ein Blockdiagramm, welches ein bekanntes Beispiel
einer Verschiebungsmeßeinrichtung
zeigt; und
-
30 eine Darstellung zum Erklären des bekannten Beispiels.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels
der optischen Abstands- bzw. Verschiebungsmeßeinrichtung. In dem Ausführungsbeispiel
sind zwei Verschiebungssensoren 1A und 1B derart
angeordnet, daß (parallel)
ausgerichtete und entgegengesetzt gerichtete Strahlen erzeugt werden, um
die Dicke eines Objekts 3 zu messen. Die Abstands- bzw.
Verschiebungssensoren 1A und 1B haben denselben
Aufbau. Zunächst
wird der Aufbau des Verschiebungssensors 1A, 1B diskutiert.
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Auf
ein Objekt 3 gerichtetes Strahlungslicht bzw. gerichtete
Lichtstrahlen wird bzw. werden wie bei der bekannten Anordnung durch
Leiten von von einer Laserdiode 11 abgestrahltem bzw. ausgesandtem
infrarotem Licht durch eine Lichtübertragungslinse 12 bereitgestellt.
Die Laserdiode 11 wird durch ein Ansteuersignal mit der
Frequenz fA, welches durch Leiten des Ausgangs eines Oszillators 13 durch
eine Laserdioden-Ansteuerschaltung 14 bereitgestellt wird,
angesteuert. Dies bedeutet, daß wie
bei der bekannten Anordnung Laserlicht, welches derart moduliert
ist, daß sich
die Lichtausgabe wie eine Sinuswelle bzw. sinusförmig ändert, ausgegeben wird.
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Andererseits
wird das Bild eines Lichtübertragungspunkts,
der auf der Oberfläche
des Objekts 3 durch Beleuchten des Objekts 3 mit
dem Strahlungslicht erzeugt wird, durch eine Lichtempfangslinse 21 auf
der Lichtempfangsfläche
eines aus einem lageempfindlichen Element (PSD) hergestellten Lageerfassungselements 21 erzeugt,
und es werden zwei Positions- bzw. Lagesignale 11A und 12A von dem
Lageerfassungselement 21 in Antwort auf die Position bzw. Lage
eines Lichtempfangspunkts, der auf der Lichtempfangsfläche des
Positions- bzw.
-
Lageerfassungselements 21 erzeugt
wird, ausgegeben. Da das Verhältnis
zwischen den Ausgabewerten beider Lagesignale 11A und 12A in
Antwort auf die Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, kann
ein Abstand bzw. eine Verschiebung gegenüber der Referenzlage des Objekts 3 auf
der Grundlage der Signalwerte der Lagesignale 11A und 12A ermittelt
werden. Hierbei ist die Referenzlage die Lage des Objekts 3 auf
einer Erweiterung des Strahlungslichts bzw. der Lichtstrahlen, wenn
der Lichtempfangspunkt in der Mitte der effektiven Länge der Lichtempfangsfläche des
Lageerfassungselements 21 erzeugt wird, und wird die Änderung
der Entfernung bzw. des Abstands des Objekts 3 gegenüber der
Referenzlage als sogenannte Verschiebung ermittelt. Jedoch ist die
Mittenposition der Lichtübertragungslinse 12 als
Referenzlage voreingestellt, so daß der Abstand zu dem Objekt 3 ermittelt
werden kann.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
sind vor und nach einer Schaltung (wofür früher zwei Kanäle erforderlich
waren) zum zeitlich verteilten Verarbeiten von Signalen auf zwei
Kanälen
Umschaltschaltungen 31 und 32 bereitgestellt,
wodurch die Signale mittels einkanaligen Schaltkreisen verarbeitet
werden können.
D.h., die Lagesignale 11A und 12A, die von dem Lageerfassungselement 21 ausgegeben
werden, werden durch die Umschaltschaltung 31 abwechselnd
in eine I/V- bzw. Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 23 geleitet.
In der Praxis ist das Lagesignal 11A, 12A ein
Sinuswellensignal, welches eine durch Störlicht etc. erzeugte Gleichsignalkomponente
enthält
(also ein Sinuswellensignal, dessen Mittenlinie aufgrund der Gleichsignalkomponente
verschoben ist). In der nachstehenden Beschreibung wird jedoch die
Gleichsignal-Komponente ignoriert. Die Lage des Lichtempfangspunkts
entspricht dem Amplitudenverhältnis
zwischen den Sinuswellensignalen. Welches der Lagesignale 11A und 11B der
I/V-Umwandlungsschaltung 23 zugeführt wird, wird gesteuert durch
ein durch eine Zeitgeberschaltung 28 ausgege benes Schaltsignal
t1 ermittelt. Wie aus dem Vergleich zwischen 2(f) und
(i) hervorgeht, ist die Einschaltdauer des Schaltsignals t1 auf
den doppelten Wert der Einschaltdauer eines noch zu beschreibenden
Zeitsteuersignals t2 festgelegt.
-
Das
Ausgangssignal der I/V-Umwandlungsschaltung 23 wird in
einen Verstärker 24 geleitet,
welcher dieses dann mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor multipliziert.
Ein Ausgangssignal Va1A, Va2A des Verstärkers 24 ist zu einem
Signal äquivalent,
welches das Lagesignal 11A, 12A zum Umschaltzeitpunkt
der Umschaltschaltung 31 verbindet. Das Ausgangssignal
Va1A, Va2A wird synchron durch eine Erfassungsschaltung 25 erfaßt, welche das
Eingangssignal zu jedem halben Modulationszyklus von von der Laserdiode 11 abgestrahltem
Licht invertiert, wodurch eine Signalkomponente Vb1A, Vb2A extrahiert
wird.
-
Die
Erfassungsschaltung 25 erfaßt das Eingangssignal synchron
mit einem Zeitsteuersignal t2 aus der zeitsteuerschaltung 28 (vgl. 2(f)). Wenn das Zeitsteuersignal t2 hochpegelig
ist, übernimmt die
Erfassungsschaltung 25 das Ausgangssignal Va1A, Va2A des
Verstärkers 24 intakt
bzw. unverändert.
Wenn das Zeitsteuersignal t2 niedrigpegelig ist, invertiert die
Erfassungsschaltung 25 die Polarität des Ausgangssignals Va1A,
Va2A des Verstärkers 24 und übernimmt
das resultierende Signal. Die Signalkomponente Vb1A, Vb2A wird durch
die Umschaltschaltung 32 gesteuert durch das Umschaltsignal
t1 ähnlich
den Lagesignalen 11A und 12A entsprechenden Impuls-Signalverläufen in
ein Paar von Signalkomponenten Vd1A und Vd2A separiert, um mit der Umschaltschaltung 31 zu
synchronisieren.
-
Die
Signalkomponenten Vd1A und Vd2A, die durch die Umschaltschaltung 32 bereitgestellt
werden, werden in Tiefpaßfilter 26a und 26b geleitet,
so daß Gleichsignalkomponenten
bzw. DC-Komponenten entfernt werden. Lageinformationssignale V1A und
V2A, die durch die Tiefpaßfilter 26a und 26b ausgegeben
werden, werden einem Differenzberechnungsabschnitt 27a zugeführt, welcher
dann ein Signal bereitstellt, welches zu der Differenz bzw. dem Unterschied
zwischen den Signalwerten der Lagesignals 11A und 12A äquivalent
ist. Die Lageinformationssignale V1A und V2A werden ferner einem
Summenberechnungsabschnitt 27b zugeführt, welcher dann ein Signal
bereitstellt, welches zu der Summe der Signalwere der Lagesignale 11A und 12A äquivalent
ist. Die durch den Differenzberechnungsabschnitt 27a und
den Summenberechnungsabschnitt 27b ausgegebenen Lageinformationssignale
V1A und V2A werden einem Divisionsabschnitt 27c zugeführt, welcher
sodann den Ausgangswert des Differenzberechnungsabschnitts 27a durch
den Ausgangswert des Summenberechnungsabschnitts 27b dividiert
und das Resultat als ein Signal, welches zu der Entfernung zu dem
Objekt 3 äquivalent
ist, an ein externes System ausgibt.
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In
der vorstehenden Konfiguration werden die durch das Lageerfassungselement 21 ausgegebenen
Lagesignale 11A und 12A abwechselnd auf eine zeitlich
verteilte Art und Weise synchron mit dem Modulationszzyklus der
Lichtstrahlen verarbeitet, so daß die I/V-Umwandlungsschaltung 23,
der Verstärker 24 und
die Erfassungsschaltung 25 geteilt bzw. gemeinsam verwendet
werden. Infolgedessen tritt ein Fehler, wie er bei der Verwendung
von Zweikanal-Schaltkreisen durch Schwankungen von Konstanten oder
Schwankungen von Temperaturcharakteristiken bzw. -kennlinien der
Komponenten verursacht wird, nicht auf, und werden die beiden Lagesignale 11A und 12A darüber hinaus
synchron durch die singuläre
Erfassungsschaltung 25 erfaßt, so daß ein Offset- bzw. Versatzfehler
nicht auftritt. Darüber hinaus
wird ein Offsetfehler, der in der der Erfassungsschaltung 25 vorangehenden
Stufe auftritt, durch die Erfassungsschaltung 25 geleitet,
wodurch er ausgelöscht
werden kann. Ein geringfügiger,
in der Erfassungsschaltung 25 auftretender Offsetfehler kann
aufgrund der Einkanal-Schaltkreise durch eine Korrekturschaltung
mit verhältnismäßig einfachem Aufbau
entfernt werden. Ferner wird, weil die beiden Lagesignale 11A und 12A durch
dieselben Schaltkreise verarbeitet werden, ein Frequenzcharakteristik-Unterschied
nicht erzeugt, bis die Signale durch die Umschaltschaltung 32 separiert
bzw. getrennt werden; selbst wenn eine Änderung in der Modulationsfrequenz
des die Laserdiode 11 ansteuernden Signals auftritt, tritt
in dem Ergebnis der Entfernungsmessung kein transienter Fehler auf.
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Ferner
ist die Verschiebungsmeßeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, daß der
Verschiebungssensor 1A, 1B mit einer Modulationssteuerschaltung 34 versehen
ist. Auf den Empfang eines Modulationssteuereingangssignals VmcINA
hin (in diesem Ausführungsbeispiel dann,
wenn VmcINA hochpegelig ist), hält
die Modulationssteuerschaltung 34 den Betrieb des Oszillators 13 an.
Wenn das Modulationssteuereingangssignal VmcINA nicht existiert,
betreibt die Modulationssteuerschaltung 34 den Oszillator 13 und
gibt ein Modulationssteuerausgangssignal VmcOUTA aus (und setzt
in diesem Ausführungsbeispiel
VmcOUTA hochpegelig). Falls der Betrieb des Oszillators 13 angehalten
wird, beendet auch die Erfassungsschaltung 25 den Betrieb.
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Die
soweit erfolgte Beschreibung findet auf den Verschiebungssensor 1A Anwendung;
der Verschiebungssensor 1B weist denselben Aufbau auf, und
die Modulationssteuerschaltungen 34 der Verschiebungssensoren 1A und 1B sind
miteinander verbunden, so daß das
Modulationssteuerausgangssignal VmcOUT eines Verschiebungssensors 1A, 1B zu
dem Modulationssteuereingangssignal VmcINB des jeweils anderen Verschiebungssensors 1A, 1B wird.
Während
ein Verschiebungssensor 1A (1B) arbeitet, erzeugt
oder erfaßt
daher der andere Verschiebungssensor 1B (1A) kein
Licht; sowohl die Verschiebungssensoren 1A und 1B arbeiten
unabhängig
voneinander in zeitlicher Verteilung bzw. Trennung. Dies bedeutet,
daß die
beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B nicht miteinander
interferieren bzw. sich nicht beeinflussen.
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Nachstehend
wird der zeitliche Betrieb der Anordnung unter Bezugnahme auf 2 diskutiert. 2(a) zeigt das Ausgangssignal VmA des
Oszillators 13 des Verschiebungssensors 1A; 2(b) zeigt das Modulationssteuerausgangssignal
VmcOUTA des Verschiebungssensors 1A, also das Modulationssteuereingangssignal
VmcINB des Verschiebungssensors 1B; 2(c) zeigt
das Ausgangssignal VmB des Oszillators 13 des Verschiebungssensors 1B;
und 2(d) zeigt das Modulationssteuerausgangssignal
VmcOUTB des Verschiebungssensors 1B, also das Modulationssteuereingangssignal VmcINA
des Verschiebungssensors 1A. Wie aus den Beziehungen ersichtlich
ist, wird, während
der Oszillator 13 eines Verschiebungssensors 1A (1B)
arbeitet, um die Laserdiode 11 zu veranlassen, Licht abzustrahlen
bzw. zu emittieren, die Lichtabgabe in dem anderen Verschiebungssensor 1B (1A)
angehalten (wenn die Signale in 2(b) und
(d) hochpegelig sind, wird der Vorgang durchgeführt), wodurch verhindert wird,
daß die
Laserdioden 11 beider Verschiebungssensoren 1A und 1B gleichzeitig
Licht abstrahlen, um Strahlungslicht-Interferenzen zu vermeiden.
-
Das
Lageerfassungselement 21 empfängt Licht von beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B. Infolgedessen
werden bei dem Verschiebungssensor 1A die Ausgangssignale
Va1A und Va2A auch dann durch den Verstärker 24 gemäß 2(e) bereitgestellt, während der Betrieb des Oszillators 13 angehalten
ist. Während
jedoch der Oszillator 13 des Verschiebungssensors 1A angehalten
ist, wie in 2(f) und (g) gezeigt,
ist auch der Betrieb der Erfassungsschaltung 25 angehalten
(wenn das Signal in 2(g) hochpegelig
ist, wird der Vorgang angehalten), wodurch verhindert wird, daß die Entfernung
auf der Grundlage von Licht aus dem anderen Verschiebungssensor 1A (1B)
ermittelt wird. D.h., das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 des
Verschiebungssensors 1A wird wie in 2(h) gezeigt, und
wird zu 0 V während
des Betriebs des Verschiebungssensors 1B, so daß die Wirkung
des Betriebs des anderen Verschiebungssensors 1B entfernt
bzw. unterdrückt
werden kann. 2(i) zeigt das Zeitsteuersignal
t1 zum Umschalten der Umschaltschaltung 32. Die Signalkomponenten
Vd1A und Vd2A werden durch die Umschaltschaltung 32 wie
in 2(j) und (k) gezeigt separiert.
Die Verarbeitung nach der Trennung ist ähnlich derjenigen in dem bekannten
Beispiel.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, arbeiten die beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B abwechselnd,
wodurch sie die Entfernung messen können, ohne sich gegenseitig
zu stören
oder zu interferieren. In dem Ausführungsbeispiel werden die Verschiebungssensoren 1A und 1B zum
Ausführen
der Entfernungsmessung nach jeweils zwei Lichtabstrahlzyklen der
Laserdiode 11 umgeschaltet, wobei aber die Anzahl der Zyklen
nicht auf die Zahl zwei beschränkt
ist.
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In
der bekannten Anordnung sind die beiden I/V-Umwandlungsschaltungen 23a und 23b,
die beiden Verstärker 24a und 24b und
die beiden Erfassungsschaltungen 25a und 25b für die durch
das Lageerfassungselement 21 ausgegebenen Lagesignale 11A und 12A vorgesehen;
in dem Ausführungsbeispiel
sind die I/V-Umwandlungsschaltung 23, der Verstärker 24 und
die Erfassungsschaltung 25 nur als ein Kanal bereitgestellt,
und werden die Signale durch die Umschaltschaltungen 31 und 32 umgeschaltet.
Die Verschiebungssensoren 1A und 1B sind wie in
dem Ausführungsbeispiel
konfiguriert, wobei die Lagesignale 11A und 12A auch
mit derselben Charakteristik in der transienten Periode, in welcher die
Ausgabe des Oszillators 13 jedes Verschiebungssensors 1A, 1B angehalten
oder in Gang gesetzt wird, verarbeitet, so daß bei der Entfernungsmessung
kein Fehler erzeugt wird. Im Stand der Technik ist es in der bekannten
Anordnung schwierig, die (Schalt-)Kreise zur Verarbeitung beider
Lagesignale 11A und 12A in Einklang zu bringen
bzw. im Hinblick auf ihr Antwortverhalten anzugleichen.
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Denn
auch dann, wenn perfekte Justierungen und Korrekturen erfolgen,
werden sich diese Schaltkreise aufgrund einer Temperaturänderung oder
einer zeitlichen Änderung
im Antwortverhalten unterscheiden. Wenn die herkömmliche Anordnung verwendet
wird, kann ein Meßfehler
nicht vermieden werden. Wenn demgegenüber die Konfiguration gemäß dem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, tritt diese Art von Meßfehler prinzipiell nicht auf,
so daß die
Meßgenauigkeit
erhöht
wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
werden die Umschaltschaltungen 31 und 32 unter
Verwendung unterschiedlicher Zeitsteuersignale t1 und t5 gesteuert,
wie in 3 gezeigt. Wie aus einem Vergleich zwischen den 2 und 4 hervorgeht, sind
ferner Zeitsteuersignale t2 und t4, die an eine Erfassungsschaltung 25 ausgeben
werden, anders ausgebildet als diejenigen in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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D.h.,
in der Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
wird mit der Messung begonnen, kurz nachdem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B durch
die Modulationssteuerschaltung 34 umgeschaltet wird. Auf
diese Art und Weise kann die Signalverarbeitung verzögert werden,
so daß eine
Störung
des Signalverlaufs in Abhängig keit von
der Antwort des Verschiebungssensors 1A, 1B auftreten
kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird
dann die Entfernungsmessung nicht ausgeführt, bis das Strahlungslicht
bzw. die Lichtstrahlen und der Betrieb der verarbeitenden Schaltkreise
stabil sind, nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wurde.
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4 zeigt
ein Beispiel, in dem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B in
einem Zyklus des Ausgangssignals VmA, VmB des Oszillators 13 stabil
wird. D.h., kurz nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wird, sollte der Signalverlauf zu einem Signalverlauf werden, wie
er in 4(f) durch die durchbrochene
Linie angedeutet ist, wird jedoch zu einem Signalverlauf, wie er
in 4(f) durch die ausgezogene Linie
angegeben ist. Dann wird kurz nach der Umschaltung mit der Abgabe
von Strahlungslicht begonnen, wie in 4(a) gezeigt,
und das Zeitsteuersignal t2 wird an die Erfassungsschaltung 25 ausgegeben,
wie in 4(g) gezeigt, der Ausgang der
Erfassungsschaltung 25 jedoch wie in 4(h) gehemmt.
In Zuordnung zu dem Vorgang werden die zur Umschaltung der Umschaltschaltungen 31 und 32 verwendeten
Umschaltsignale t1 und t5 wie in 4(e) bzw.
(j) gezeigt, wird das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 wie
in 4(i) gezeigt, und wird das Ausgangssignal
der Umschaltschaltung 32 wie in 4(k) und
(l) gezeigt.
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Kurz
gesagt, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten
Ausführungsbeispiel
nur dadurch, daß das
Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 nicht ausgeleitet
wird, bis der Vorgang stabil wird, nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wurde, und daß die
Umschaltzeitpunkte der Umschaltschaltungen 31 und 32 ebenfalls
dementsprechend geändert
werden.
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Diese
Konfiguration ermöglicht
die Entfernungsmessung, nachdem der Vorgang bzw. der Betriebsablauf
stabil geworden ist; die Meßgenauigkeit wird
weiter verbessert.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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In
einem dritten Ausführungsbeispiel
werden die Zeitsteuersignale t2 und t4 der Schaltungsanordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
geändert,
wie in 5 gezeigt. D.h., daß in dem ersten Ausführungsbeispiel
die Laserdiode 11 veranlaßt wird, jedesmal dann, wenn
der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
zweimal Licht abzustrahlen; in dem dritten Ausführungsbeispiel dagegen wird
die Laserdiode 11 veranlaßt, jedesmal dann, wenn der
Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
sechsmal Licht abzustrahlen. Die Anzahl der Male, mit der Licht
abgestrahlt wird, ist nicht auf sechs beschränkt. Die Anzahl der Male wird
entsprechend dem Grad gewählt,
bis zu dem ein Meßwertfehler
kurz nachdem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird
für einen Mittelwert
von Meßwerten,
die durch mehrmaliges Aussenden von Licht ermittelt werden, ignoriert
werden kann. Wenn die Entfernungen, die durch mehrmaliges Aussenden
von Licht ermittelt wurden, integriert werden etc., um einen Wert
zu erhalten, der äquivalent
zu dem Mittelwert ist, kann der Fehlerprozentsatz verringert werden.
-
Wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
stellt das dritte Ausführungsbeispiel
Gegenmaßnahmen gegen
das Auftreten eines Fehlers im Meßwert kurz nachdem der Betrieb
des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird
bereit. Jedoch wird in dem dritten Ausführungsbeispiel die Notwendigkeit,
Meßwerte, die
gefunden werden, während
der Betrieb instabil ist, zu verwerfen, wie dies in dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Fall ist, beseitigt, so daß die
zeitlichen Verhältnisse
in dem dritten Ausführungsbeispiel einfacher
sind als diejenigen in dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
wird Licht jedesmal dann, wenn der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
zweimal ausgesandt; in dem dritten Ausführungsbeispiel wird Licht jedesmal
dann, wenn der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
2N-mal (mit N gleich
2 oder größer) ausgesandt.
Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des dritten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Ein
viertes Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Umschaltschaltung 31 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
immer eines der Lagesignale 11A und 12A, die von
dem Lageerfassungselement 21 ausgegeben werden, der I/V-Umwandlungsschaltung 23 zuführt; wohingegen
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
eine Umschaltschaltung 31' verwendet
wird mit einer Betriebsart, in dem keines der Lagesignale 11A und 12A der
I/V-Umwandlungsschaltung 23 zugeführt wird, wie in 6 gezeigt. Kurz
gesagt, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel
die Ausgabe der Erfassungsschaltung 25 während des
Betriebs des zugeordneten Verschiebungssensors 1A, 1B angehalten;
bei dem vierten Ausführungsbeispiel
wird die Eingabe von einem Lageerfassungselement 21 an
die I/V-Umwandlungsschaltung 23 während des Betriebs des zugeordneten
Verschiebungssensors 1A, 1B unterbunden. Dies
bedeutet, daß die
Umschaltschaltung 31',
die drei Stellungen einnehmen kann, unter Verwendung eines Zeitsteuersignals
t4 sowie eines Umschaltsignals t1 gesteuert wird, wie in 7 gezeigt.
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In Übereinstimmung
mit der Konfiguration des vierten Ausführungsbeispiels kann dann,
wenn das Lageerfassungselement 21 Störlicht mit einer gegenüber der üblicherweise
empfangenen Lichtmenge drastisch größeren Lichtmenge empfängt, verhindert
werden, daß das
Licht auf die I/V-Umwandlungsschaltung 23 fällt. Falls
das Ausgangssignal des Lageerfassungselements 21 abnormal
groß ist,
werden die I/V-Umwandlungsschaltung 23 und ein Verstärker 24 gesättigt oder
können
nicht in einem linearen Bereich betrieben werden.
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Infolgedessen
tritt in dem Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 eine
Verzerrung des Signalverlaufs auf. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel
jedoch werden Lagesignale 11A und 11B, die auf
der Grundlage von Störlicht
erzeugt wurden, während
des Betriebs des anderen Verschiebungssensors 1A, 1B nicht
der I/V-Umwandlungs schaltung 23 zugeführt, so daß die Möglichkeit, daß eine Situation wie
vorstehend beschrieben vermieden werden kann, verbessert wird. Infolgedessen
wird die Zuverlässigkeit
des Meßergebnisses
erhöht.
Die Konfiguration gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn die Lichtausgabe des anderen
Verschiebungssensors 1A, 1B groß ist. Die
weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des vierten
Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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8 zeigt
den Aufbau eines fünften
Ausführungsbeispiels.
Die Verschiebungssensoren 1A und 1B arbeiten wie
diejenigen, die in Zusammenhang mit 1 in der
zuvor von dem Erfinder eingereichten japanischen Patentanmeldung
Nr. Hei 8-157680 gezeigt sind. Zunächst wird die Funktionsweise
des Verschiebungssensors 1A beschrieben. Lagesignale 11A und 12A von
elektrischen Signalen, die durch ein Lageerfassungselement 21 ausgegeben
werden, werden durch I/V-Schaltungen 23a und 23b in
elektrische Signale Va1A und Va2A umgewandelt, und die elektrischen
Signale Va1A und Va2A werden einer Betriebsschaltung 29 zugeführt, welche dann
die Operationen Va1A-Va2A und Va1A+Va2A durchführt und die Resultate an eine
Umschaltschaltung 31 ausgibt. Va1A-Va2A und Va1A+Va2A werden durch
die Umschaltschaltung 31 abwechselnd in einen Verstärker 24 geleitet,
welcher dann das Eingangssignal mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor
verstärkt.
Welcher Teil von Va1A-Va2A und Va1A+Va2A in den Verstärker 24 geleitet
wird, wird durch ein von einer Zeitsteuerschaltung 28 ausgegebenes
Umschaltsignal t1 gesteuert. Wie aus dem Vergleich zwischen 9(f) und (i) ersichtlich wird, ist die
Dauer des Umschaltsignals t1 auf das zweifache der Dauer eines noch
zu beschreibenden Umschaltsignals t2 festgelegt.
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Das
Ausgangssignal des Verstärkers 24 wird durch
die Erfassungsschaltung 25 synchron erfaßt, und
es wird eine Signalkomponente (Vd1A-Vd2A), (Vd1A+Vd2A) extrahiert.
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Die
Erfassungsschaltung 25 erfaßt das Eingangssignal synchron
mit einem Zeitsteuersignal t2 aus der Zeitsteuerschaltung 28 (vgl. 9(f)). Wenn das Zeitsteuersignal t2 hochpegelig
ist, übernimmt die
Erfassungsschaltung 25 das Ausgangssignal des Verstärkers 24 intakt
bzw. unverändert.
Wenn das Zeitsteuersignal t2 niedrigpegelig ist, invertiert die
Erfassungsschaltung 25 die Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 24 und übernimmt
das resultierende Signal. Die Signalkomponente (Vd1A-Vs2A), (Vd1A+Vd2A)
wird durch eine Umschaltschaltung 32, die durch das Umschaltsignal
t1 derart gesteuert wird, daß mit
der Umschaltschaltung 31 synchronisiert wird, in ein Paar
von Signalkomponenten Vd1A-Vd2A und Vd1A+Vd2A separiert, ähnlich Impuls-Signalverläufen entsprechend
Va1A-Va2A und Va1A+Va2A.
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Die
Signalkomponenten Vd1A-Vd2A und Vd1A+Vd2A, die durch die Umschaltschaltung 32 bereitgestellt
werden, werden Tiefpaßfiltern 26a und 26b zugeführt, in
welchen Gleichsignalkomponenten entfernt werden. Signale V1A-V2A
und V1A+V2A werden durch die Tiefpaßfilter 26a und 26b aus gegeben.
Das Signal V1A-V2A ist ein Signal, welches äquivalent zu der Differenz
bzw. dem Unterschied zwischen den Signalwerten der Lagesignale 11A und 12A ist,
und das Signal V1A+V2A ist ein Signal, welches äquivalent zu der Summe der
Signalwerte der Lagesignale 11A und 12A ist. Die
durch die Tiefpaßfilter 26a und 26b ausgegebenen
Signale V1A-V2A und V1A+V2A werden einem Divisionsabschnitt 27c zugeführt, welcher
dann die Operation (V1A-V2A)/(V1A+V2A) durchführt und das Ergebnis als ein
zu der Entfernung zu einem Objekt 3 äquivalentes Signal an ein externes
System ausgibt.
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Der
Verschiebungssensor 1A führt die Subtraktion der elektrischen
Signale Va1A und Va2A, die den von dem Lageerfassungselement 21 ausgegebenen
Lagesignalen 11A und 12A entsprechen, mittels
der Betriebsschaltung 29, die in der Stufe vor der Umschaltschaltung 31 bereitgestellt
ist, durch. Auf diese Art und weise kann dann, wenn das von dem Lageerfassungselement 21 ausgegebene
Lagesignal 11A, 12A inphasiges Rauschen oder inphasige Störungen enthält, das
inphasige Rauschen durch die Betriebsschaltung 29 entfernt
werden; ein Entfernungsmeßfehler
kann so im Vergleich zu dem herkömmlichen
System verringert werden, und die Verschlechterung der Auflösung, die
durch die Einwirkung des inphasigen Rauschens verursacht wird, kann
vermieden werden.
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Es
wird angemerkt, daß auch
in dem fünften Ausführungsbeispiel
eine Modulationssteuerschaltung 34 bei Empfang eines Modulationssteuereingangssignal
VmcINA (in dem Ausführungsbeispiel dann,
wenn VmcINA hochpegelig ist) den Betrieb eines Oszillators 13 unterbricht.
Falls das Modulationssteuereingangssignal VmcINA nicht existiert,
betreibt die Modulationssteuerschaltung 34 den Oszillator 13 und
gibt ein Modulationssteueraungangssignal VmcOUTA (in dem Ausführungsbeispiel
ist VmcOUTA als hochpegelig festgelegt) aus. Falls der Betrieb des Oszillators 13 beendet
wird, beendet auch die Erfassungsschaltung 25 den Betrieb.
-
Die
bisher erfolgte Beschreibung ist für den Verschiebungssensor 1A gültig; der
Verschiebungssensor 1B weist denselben Aufbau auf, und
die Modulationssteuerschaltungen 34 der Verschiebungssensoren 1A und 1B sind
miteinander verbunden, so daß das
Modulationssteuerausgangssignal VmcOUT bzw. VmcOUTA eines Verschiebungssensors
zu dem Modulationssteuereingangssignal VmcIN bzw. VmcINB des anderen
Verschiebungssensors wird. Während
ein Verschiebungssensor 1A (1B) arbeitet, erzeugt
daher der andere Verschiebungssensor 1B (1A) weder
Strahlungslicht, noch erfaßt
er solches; beide Verschiebungssensoren 1A und 1B arbeiten
in zeitlich getrennter Art und Weise unabhängig voneinander. Dies bedeutet,
daß die
beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B nicht miteinander
interferieren bzw. sich gegenseitig nicht stören.
-
Der
zeitliche Betriebsablauf der Anordnung wird nachstehend unter Bezugnahme
auf 9 diskutiert. 9(a) zeigt
das Ausgangssignal VmA des Oszillators 13 des Verschiebungssensors 1A; 9(b) zeigt das Modulationssteuerausgangssignal
VmcOUTA des Verschiebungssensors 1A, also das Modulationssteuereingangssignal
VmcINB des Verschiebungssensors 1B; 9(c) zeigt
das Ausgangssignal VmB des Oszillators 13 des Verschiebungssensors 1B;
und 9(d) zeigt das Modulationssteuerausgangssignal
VmcOUTB des Verschiebungssensors 1B, also das Modulationssteuereingangssignal
VmcOUTA des Verschiebungssensors 1A. Wie aus diesen Beziehungen
hervorgeht, wird dann, wenn der Oszillator 13 eines Verschiebungssensors 1A (1B)
in Betrieb ist, um die Laserdiode 11 zu veranlassen, Licht
auszusenden, die Aussendung von Licht in dem anderen Verschiebungssensor 1B (1A)
angehalten (dieser Vorgang wird ausgeführt, wenn die Signale in 9(b) und 9(c) hochpegelig sind),
wodurch verhindert wird, daß die
Laserdioden 11 beider Verschiebungssensoren 1A und 1B gleichzeitig
Licht aussenden, um Strahlungslichtinterferenzen zu unterdrücken.
-
Das
Lageerfassungselement 21 empfängt Licht von beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B. Infolgedessen
werden bei dem Verschiebungssensor 1A auch dann, während der
Betrieb des Oszillators 13 angehalten ist, die Ausgangssignale
(Va1A-Va2A) und (Va1A+Va2A) durch die Umschaltschaltung 31 bereitgestellt,
wie in 9(e) gezeigt. Jedoch wird, während der
Oszillator 13 des Verschiebungssensors 1A angehalten
ist, wie in 9(f) und (g) gezeigt,
auch der Betrieb der Erfassungsschaltung 25 angehalten
(der Betrieb wird angehalten, wenn das Signal gemäß 9(g) hochpegelig ist), wodurch vermieden
wird, daß die
Entfernung auf der Grundlage von Licht des anderen Verschiebungssensors 1A (1B)
ermittelt wird. D.h., das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 des
Verschiebungssensors 1A wird wie in 9(h) gezeigt,
und wird gleich 0 V während
des Betriebs des Verschiebungssensors 1B, so daß die Wirkung
des Betriebs des anderen Verschiebungssensors 1B entfernt
bzw. unterdrückt werden kann. 9(i) zeigt das Zeitsteuersignal t1 zum
Umschalten der Umschaltschaltung 32. Die Signalkomponenten
Vd1A-Vd2A und Vd1A+Vd2A werden wie in 9(j) und
(k) durch die Umschaltschaltung 32 separiert.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, arbeiten die beiden Verschiebungssensoren 1A und 1B abwechselnd,
wodurch sie eine Entfernung messen können, ohne zu interferieren
bzw. sich gegenseitig zu stören.
In dem Ausführungsbeispiel
werden die Verschiebungssensoren 1A und 1B zur
Durchführung
der Abstands- oder Entfernungsmessung nach jeweils zwei Lichtaussendezyklen
der Laserdiode 11 umgeschaltet, jedoch ist die Anzahl der
Zyklen hierbei nicht auf zwei beschränkt.
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Bei
der bekannten Anordnung sind die beiden I/V-Umwandlungsschaltungen 23a und 23b,
die beiden Verstärker 24a und 24b und
die beiden Erfassungsschaltungen 25a und 25b für die durch
das Lageerfassungselement 21 ausgegebenen Lagesignale 11A und 12A vorgesehen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
sind der Verstärker 24 und
die Erfassungsschaltung 25 einkanalig vorgesehen, wobei
die Signale durch die Umschaltschaltungen 31 und 32 umgeschaltet
werden. Die Verschiebungssensoren 1A und 1B sind
wie in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel
beschrieben konfiguriert, wobei die Lagesignale 11A und 12A in
der transienten Periode bzw. im Übergangszeitraum,
in dem der Ausgang des Oszillators 13 jedes Verschiebungssensors 1A, 1B angehalten
oder in Gang gesetzt wird, in Übereinstimmung
mit derselben Charakteristik oder Kennlinie verarbeitet werden,
so daß bei
der Entfernungsmessung kein Fehler erzeugt wird. Im Stand der Technik
ist es bei der herkömmlichen
Anordnung schwierig, die (Schalt-)Kreise zur Verarbeitung beider
Lagesignale 11A und 12A in Einklang zu bringen bzw.
im Hinblick auf ihr Antwortverhalten abzugleichen.
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Auch
dann, wenn perfekte Justierungen und Korrekturen erfolgen, werden
sich die Schaltkreise aufgrund einer Temperaturänderung oder einer zeitlichen Änderung
im Antwortverhalten unterscheiden. Wenn die bekannte Anordnung verwendet
wird, kann ein Meßfehler
nicht vermieden werden. Wenn demgegenüber die Konfiguration gemäß dem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, tritt diese Art von Meßfehler prinzipiell nicht auf,
so daß die
Meßgenauigkeit erhöht wird.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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In
einem sechsten Ausführungsbeispiel
werden die Umschaltschaltungen 31 und 32 unter
Verwendung unterschiedlicher Zeitsteuersignale t1 und t5 gesteuert,
wie in 10 gezeigt. Wie aus einem Vergleich
zwischen den 9 und 11 hervorgeht,
sind ferner Zeitsteuersignale t2 und t4, die an eine Erfassungsschaltung 25 ausgeben
werden, anders ausgebildet als diejenigen in dem fünften Ausführungsbeispiel.
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D.h.,
in der Konfiguration gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
mit der Messung begonnen, kurz nachdem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B durch
die Modulationssteuerschaltung 34 umgeschaltet worden ist.
Auf diese Art und Weise kann die Signalverarbeitung verzögert werden,
so daß eine Störung bzw.
Verzerrung des Signalverlaufs in Abhängigkeit von der Antwort des
Verschiebungssensors 1A, 1B auftreten kann. Infolgedessen
kann ein Fehler in der Genauigkeit der Entfernungsmessung auftreten.
Dann wird gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
wie bei dem fünften
Ausführungsbeispiel
die Entfernungsmessung nicht ausgeführt, bis das Strahlungslicht
bzw. die Lichtstrahlen und der Betrieb der verarbeitenden Schaltkreise
stabil werden, nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wurde.
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11 zeigt
ein Beispiel, in dem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B in
einem Zyklus des Ausgangssignals VmA, VmB eines Oszillators 13 stabil
wird. D.h., kurz nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wird, sollte der Signalverlauf zu einem Signalverlauf werden, wie
er in 11(f) durch die durchbrochene
Linie angedeutet ist, wird jedoch zu einem Signalverlauf, wie er
in 11(f) durch die ausgezogene Linie
angegeben ist. Dann wird kurz nach der Umschaltung mit der Abgabe
von Strahlungslicht begonnen, wie in 11(a) gezeigt,
und das Zeitsteuersignal t2 wird an die Erfassungsschaltung 25 ausgegeben,
wie in 11(g) gezeigt, der Ausgang
der Erfassungsschaltung 25 jedoch wie in 11(h) gehemmt.
In Zuordnung zu dem Vorgang werden die zur Umschaltung der Umschaltschaltungen 31 und 32 verwendeten
Umschaltsignale t1 und t5 wie in 11(e) bzw.
(j) gezeigt, wird das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 wie
in 11(i) gezeigt, und wird das Ausgangssignal
der Umschaltschaltung 32 wie in 11(k) und
(l) gezeigt. Kurz gesagt, unterscheidet sich das sechste Ausführungsbeispiel
von dem fünften
Ausführungsbeispiel
nur dadurch, daß das
Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 nicht ausgeleitet wird,
bis der Vorgang stabil wird, nachdem der Verschiebungssensor 1A, 1B umgeschaltet
wurde, und daß die
Umschaltzeitpunkte der Umschaltschaltungen 31 und 32 ebenfalls
dementsprechend geändert werden.
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Diese
Konfiguration ermöglicht
die Entfernungsmessung, nachdem der Vorgang bzw. der Betriebsablauf
stabil geworden ist; die Meßgenauigkeit wird
weiter verbessert.
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Siebtes Ausführungsbeispiel
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In
einem siebten Ausführungsbeispiel
werden die Zeitsteuersignale t2 und t4 in der Schaltungsanordnung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel geändert, wie
in 12 gezeigt. D.h., in dem fünften Ausführungsbeispiel wird die Laserdiode 11 veranlaßt, jedesmal
dann, wenn der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
zweimal Licht auszusenden; in dem siebten Ausführungsbeispiel dagegen wird
die Laserdiode 11 veranlaßt, jedesmal dann, wenn der
Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
sechsmal Licht auszusenden. Die Anzahl der Male, mit der Licht ausgesandt
wird, ist nicht auf sechs beschränkt.
Die Anzahl von der Male wird entsprechend dem Grad gewählt, bis
zu dem ein Meßwertfehler
kurz nachdem der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird
für einen
Mittelwert von Meßwerten,
die durch mehrmaliges Aussenden von Licht ermittelt werden, ignoriert werden
kann. Wenn die Entfernungen, die durch mehrmaliges Aussenden von
Licht ermittelt wurden, integriert werden etc., um einen Wert zu
erhalten, der zu dem Mittelwert äquivalent
ist, kann der Fehlerprozentsatz verringert werden.
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Wie
in dem sechsten Ausführungsbeispiel stellt
das siebte Ausführungsbeispiel
Gegenmaßnahmen
gegen das Auftreten eines Fehlers im Meßwert kurz nachdem der Betrieb
des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird
bereit. Jedoch wird in dem siebten Ausführungsbeispiel die Notwendigkeit, Meßwerte,
die gefunden werden, während
der Betrieb instabil ist, zu verwerfen, wie dies in dem sechsten
Ausführungsbeispiel
der Fall ist, beseitigt, so daß die
zeitlichen Verhältnisse
in dem siebten Ausführungsbeispiel
einfacher sind als diejenigen in dem sechsten Ausführungsbeispiel.
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In
dem fünften
Ausführungsbeispiel
wird Licht jedesmal dann, wenn der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
zweimal ausgesandt; in dem siebten Ausführungsbeispiel wird Licht jedesmal
dann, wenn der Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B geändert wird,
2N-mal (mit N gleich
2 oder größer) ausgesandt.
Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des siebten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denjenigen des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Achtes Ausführungsbeispiel
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Ein
achtes Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem fünften
Ausführungsbeispiel
dadurch, daß die
Um schaltschaltung 31 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel immer eines
der Signale Va1A-Va2A und Va1A+Va2A, die von der Betriebsschaltung 29 ausgegeben
werden, dem Verstärker 24 zuführt; wohingegen
gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
eine Umschaltschaltung 31' verwendet wird
mit einer Betriebsart, in dem keines der Signale Va1A-Va2A und Va1A+Va2A
einem Verstärker 24 zugeführt wird,
wie in 13 gezeigt. Kurz gesagt, wird bei
dem fünften
Ausführungsbeispiel
die Ausgabe der Erfassungsschaltung 25 während des
Betriebs des zugeordneten Verschiebungssensors 1A, 1B angehalten;
bei dem achten Ausführungsbeispiel
wird die Eingabe von einer Betriebsschaltung 29 an den Verstärker 24 während des
Betriebs des zugeordneten Verschiebungssensors 1A, 1B unterbunden.
Dies bedeutet, daß die
Umschaltschaltung 31',
die drei Stellungen einnehmen kann, unter Verwendung eines Zeitsteuersignals
t4 sowie eines Umschaltsignals t1 gesteuert wird, wie in 14 gezeigt.
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In Übereinstimmung
mit der Konfiguration gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
kann dann, wenn das Lageerfassungselement 21 Störlicht mit
einer gegenüber
der üblicherweise
empfangenen Lichtmenge drastisch größeren Lichtmenge empfängt, verhindert
werden, daß das
Ausgangssignal des Lageerfassungselements 21 einem Verstärker 24 zugeführt wird.
Falls das Ausgangssignal des Lageerfassungselements 21 abnormal
groß ist,
wird der Verstärker 24 gesättigt oder
kann nicht in einem linearen Bereich eingesetzt bzw. betrieben werden.
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Infolgedessen
tritt in dem Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 25 eine
Verzerrung des Signalverlaufs auf. Bei dem achten Ausführungsbeispiel
jedoch wird das Ausgangssignal der Betriebsschaltung 29,
welches auf den Lagesignalen 11A und 11B beruht,
die auf der Grundlage von Störlicht
erzeugt wurden, während
des Betriebs des anderen Verschiebungssensors 1A, 1B nicht
dem Verstärker 24 zugeführt, so
daß die
Möglichkeit,
daß eine
Situation wie vorstehend beschrieben vermieden werden kann, verbessert
wird. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit des Meßergebnisses
erhöht.
Die Konfiguration gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn die Lichtausgabe des anderen
Verschiebungssensors 1A, 1B groß ist. Die
weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des achten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denjenigen des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Neuntes Ausführungsbeispiel
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Die
vorstehend beschriebenen Verschiebungssensoren 1A und 1B sind
so ausgelegt, daß sie gegenseitige
Interferenzen bzw. Störungen
oder Beeinflussung verhindern, wenn eine Vielzahl solcher Verschiebungssensoren
verwendet wird; sie sind nicht für
den Einzeleinsatz gedacht und können
nur dann verwendet werden, wenn ein weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B mit
einem Verschiebungssensor 1A, 1B verbunden ist.
Daher müssen
sie getrennt von einzeln verwendbaren Verschiebungssensoren hergestellt
werden. Falls die einzeln verwendbaren Verschiebungssensoren und
die Verschiebungssensoren 1A, 1B, die so ausgelegt
sind, daß sie
gegenseitige Interferenzen verhindern, zusammen hergestellt werden,
werden der Herstel lungsprozeß kompliziert
und die Lagerhaltung aufwendig. Es kann erforderlich werden, die
Betriebsart zur einzelnen Verwendung eines Verschiebungssensors 1A, 1B,
oder um eine wechselseitige Interferenz bzw. Beeinflussung in Abhängigkeit
von dem (Einsatz)Zweck des Sensors zu verhindern, zu ändern. Um
die Betriebsart zu ändern,
kann auch ein manuell bedienbarer Schalter verwendet werden; hierbei
sind jedoch eine Verkleinerung sowie eine Verringerung der Kosten schwer
erzielbar, und es ist ferner mühsam,
den Schalter manuell zu bedienen. Darüber hinaus ist es nahezu unmöglich, die
Betriebsart des Verschiebungssensors 1A, 1B auf
eine Art und Weise zu nutzen, in der die Zeit verwaltbar bzw. einteilbar
ist.
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Daher
stellt ein neuntes Ausführungsbeispiel Verschiebungssensoren 1A, 1B bereit,
die nicht nur wechselseitige Beeinflussung verhindern können, sondern
auch einzeln ohne Verwendung eines manuell bedienbaren Schalters
zum Ändern
der Betriebsart verwendet werden können. D.h., es wird eine Betriebsartbestimmungs-Signalverlauferzeugungsschaltung 34a zu
der Modulationssteuerschaltung 34 zum Bestimmen der Betriebsart
hinzugefügt,
wie in 15(a), (b) und (c) gezeigt.
Nachstehend wird die Betriebsart zum Verhindern wechselseitiger
Beeinflussung als "Beeinflussungsverhinderungsbetriebsart" bezeichnet, und
wird die Betriebsart zur Verwendung als Einzelsensor als "Einzelbetriebsart" bezeichnet.
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Wie
in 16 gezeigt, weist die Betriebsartbestimmungs-Signalverlauferzeugungsschaltung 34a zwei
Schwellenwerte Th1 und Th2 auf und führt einen Vergleich zwischen
dem Modulationssteuereingangssignal VmcINA, VmcINB und dem Schwellenwert
Th1, Th2 in Bezug auf eine größer-gleich-, gleich-
oder kleiner-gleich-Beziehung durch. Der Schwellenwert Th2 wird
dazu verwendet, die Betriebsart zu ändern. Wenn das Modulationssteuereingangssignal
VmcINA, VmcINB größer ist
als der Schwellenwert Th2, wird die Beeinflussungsverhinderungsbetriebsart
ausgewählt;
wenn das Modulationssteuereingangssignal VmcINA, VmcINB kleiner ist
als der Schwellenwert Th2, wird die Einzelbetriebsart ausgewählt. Dies
bedeutet, daß die
Betriebsartbestimmungs-Signalverlauferzeugungsschaltung 34a ein
Betriebsartensignal "Betriebsart" bzw. "Mode" an den Oszillator 13 ausgibt
und dadurch die Betriebsart ändert,
wenn ein weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B existiert,
bzw. die Betriebsart nicht ändert,
wenn kein anderer Verschiebungssensor 1A, 1B existiert.
Der Schwellenwert Th1 wird dazu verwendet, zu ermitteln, ob ein
weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B in der Beeinflussungsverhinderungsbetriebsart
arbeitet oder nicht.
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Um
eine solche Änderung
durchzuführen,
ist jeder Verschiebungssensor 1A, 1B mit einer
Konstantstromquelle 34b, einer Konstantspannungsquelle
Va, Vb und Widerständen
R1 und R2 versehen. Da das Eingangssignal für die Betriebsartbestimmungs-Signalverlaufserzeugungsschaltung 34a durch
den (Pull-down-) Widerstand R1 nach unten gezogen wird, wird dann,
wenn das Modulationssteuereingangssignal VmcINA, VmcINB nicht existiert, also
ein weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B nicht angeschlossen
ist, das Eingangssignal für
die Betriebsartbestimmungs-Signalverlaufserzeugungsschaltung 34a 0
V und ist infolgedessen kleiner als der Schwellenwert Th2, so daß die Einzelbetriebsart ausgewählt wird.
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Demgegenüber sind
das Modulationssteuerausgangssignal VmcOUTA, VmcOUTB des Verschiebungssensors 1A, 1B über den
Widerstand R2 mit der Konstantspannungsquelle Va, Vb mit einer Spannung
höher als
der Schwellenwert Th2 verbunden. Infolgedessen legt dann, wenn ein
weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B angeschlossen
ist, die Betriebsartbestimmungs-Signalverlaufserzeugungsschaltung 34a das
Betriebsartensignal "Mode" auf die Beeinflussungsverhinderungsbetriebsart
fest. Die Konstantstromquelle 34b wird dazu verwendet,
den Betrieb des Verschiebungssensors 1A, 1B während des
Betriebs eines anderen Verschiebungssensors 1A, 1B anzuhalten.
Der arbeitende Verschiebungssensor 1A, 1B bewirkt,
daß ein
Strom aus der Konstantstromquelle 34b in den Widerstand
R2 fließt,
um das Modulationssteuerausgangssignal VmcOUTA, VmcOUTB auf eine
Spannung höher
als der Schwellenwert Th1 anzuheben. Der Pfeil, der in 15 in der Nähe der Konstantstromquelle 34b gezeigt
ist, zeigt an, daß ein
Signal zum Steuern der Konstantstromquelle 34b in den eingeschalteten
oder den ausgeschalteten Zustand vorhanden ist. Ein Verschiebungssensor 1A, 1B hält seinen
Betrieb an, während
der andere arbeitet, wie in 16(a) bis
(d) gezeigt.
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In
der Beeinflussungsverhinderungsbetriebsart wird durch eine Kombination
der Schwellenwerte Th1 und Th2 ermittelt, ob der Verschiebungssensor 1A, 1B arbeitet
oder nicht. Infolgedessen erzeugt die Betriebsartbestimmungs-Signalverlaufserzeugungsschaltung 34a in Übereinstimmung
mit der Kombination ein Signal VmcINA', VmcINB', welches zu dem Modulationssteuereingangssignal
gemäß dem ersten
und fünften
Ausführungsbeispiel äquivalent
ist, wie in 16(e) gezeigt, und steuert
den Oszillator 13 durch das Signal VmcINA, VmcINB.
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In
dem neunten Ausführungsbeispiel
wird der Schwellenwert Th2 zum Ändern
der Betriebsart auf einen Wert festgelegt, der niedriger ist als
der des Schwellenwerts Th1, der zum Ermitteln, ob ein weiterer Verschiebungssensor 1A, 1B arbeitet,
verwendet wird. Die größer-als- oder kleiner-als-Beziehung
zwischen den Schwellenwerten Th1 und Th2 kann jedoch auch auf die
entgegengesetzte Beziehung bzw. andersherum festgelegt werden. In
diesem Fall ist es erforderlich, das Modulationssteuereingangssignal VmcINA,
VmcINB hochzuziehen und die Beziehungen zwischen der Konstantstromquelle 34b,
der Konstantspannungsquelle Va, Vb, des Widerstands R2 etc. zu ändern.
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Natürlich ist
eine Änderung
der Betriebsart durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
nicht beschränkt.
Beispielsweise wird, wie in 15(b) bis
(d) gezeigt, eine Änderung
der Betriebsart durch eine Struktur, die eine Konstantstromquelle,
welche einen Taktimpuls generiert, und zwei Konstantstromquellen
für eine
Betriebsartermittlung umfaßt,
eine Struktur, die eine Konstantleistungsquelle, welche einen Taktimpuls
generiert, und zwei Konstantleistungsquellen für eine Betriebsartermittlung
umfaßt,
und durch eine softwaregestützte
Taktimpulsbildung und Betriebsartermittlung erreicht. Die erste
und die zweite der vorgenannten Strukturen verwenden dieselben Signalverläufe wie
in 16 gezeigt, so daß die Gleichsignalkomponenten
eingeschaltet bzw. vorhanden sind. Bei dem dritten Verfahren erfolgt
die Betriebsartermittlung mittels Software, so daß der Signalverlauf
einem logischen Signalverlauf derart, daß Gnd "niedrigpegelig" und Vcc "hochpegelig" bedeutet, entspricht.
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Wie
in 15(b) gezeigt, wird die Konstantstromquelle
zur Ermittlung der Betriebsart verwendet. Zwei Konstantstromquellen
sind derart parallel miteinander verbunden, daß eine Konstantstromquelle
eine Gleichstromquelle und die andere Konstantstromquelle eine Wechselstromquelle
zur Takterzeugung verwendet.
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Wie
in 15(c) gezeigt, wird die Konstantleistungsquelle
zur Erzeugung eines Taktsignalverlaufs verwendet. Zwei Konstantleistungsquellen
sind seriell derart miteinander verbunden, daß eine Konstantleistungsquelle
eine Gleichstromquelle und die andere Konstantleistungsquelle eine
Wechselstromquelle zur Takterzeugung verwendet.
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Wie
in 15(d) gezeigt, wird die softwaregestützte Verarbeitung
von einem Mikroprozessor oder dergleichen durchgeführt. Der
Ausgangsanschluß gibt
einen Standard-Taktsignalverlauf
aus, und der Eingangsanschluß verwendet
eine Software-Interruptfunktion, so daß die Betriebsartermittlung unabhängig davon,
ob ein Signal vorhanden ist oder nicht, durchgeführt wird.
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Gemäß dem neunten
Ausführungsbeispiel wird
somit als Modulationssteuerausgangssignal eine von zwei Spannungen
ausgewählt
und zu Zwecken des Vergleichs mit dem Modulationssteuereingangssignal
ein erster Schwellenwert außerhalb
des Bereichs der beiden Spannungen und ein zwei ter Schwellenwert
innerhalb des Bereichs der beiden Spannungen festgelegt, wobei dann,
wenn das Modulationssteuereingangssignal in dem Bereich der beiden
Spannungen auf einer Seite bezüglich
des ersten Schwellenwerts liegt, der Entfernungsmeßvorgang
beendet wird, oder in Abhängigkeit
von der Beziehung zwischen dem zweiten Schwellenwert und dem Modulationssteuereingangssignal
erneut gestartet wird, und dann, wenn das Modulationssteuereingangssignal
nicht existiert, eine Spannung innerhalb einer bezüglich des
ersten Schwellenwerts entgegengesetzten Seite der beiden Spannungen
als Modulationssteuereingangssignal zum unterbrechungsfreien Fortsetzen
des Entfernungsmeßvorgangs
festgelegt wird.
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Zehntes Ausführungsbeispiel
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Gemäß einem
zehnten Ausführungsbeispiel der
Verschiebungsmeßeinrichtung
werden drei Verschiebungssensoren 1A, 1B und 1C verwendet,
wie in 17 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel, bei dem die Verschiebungssensoren 1A, 1B und 1C seitlich
nebeneinander angeordnet sind, als ein Anordnungsbeispiel, in welchem
sich die Verschiebungssensoren 1A, 1B und 1C gegenseitig
beeinflussen können,
gezeigt. In dem Anordnungsbeispiel wird angenommen, daß eine Möglichkeit
dahingehend besteht, daß die
seitlichen Verschiebungssensoren 1B, 1C zwar mit
dem mittleren Verschiebungssensor 1A interferieren können, die
seitlichen Verschiebungssensoren 1B, 1C sich jedoch
gegenseitig nicht beeinflussen.
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Es
ist daher nicht erforderlich, die Verschiebungssensoren 1B, 1C abwechselnd
zu betreiben; jedoch ist es erforderlich, die Verschiebungssensoren 1B, 1C und
den Verschiebungssensor 1A abwechselnd zu betreiben. In
diesem Fall sind, wie in 18 gezeigt,
beide Modulationssteuereingangssignale VmcINB und VmcINC der Verschiebungssensoren 1B und 1C Modulationssteuerausgangssignale VmcOUTA
des Verschiebungssensors 1A. Auf hierzu vergleichbare Art
und Weise bildet die logische Summe der Modulationssteuerausgangssignale
VmcOUTB und VmcOUTC der Verschiebungssensoren 1B und 1C das
Modulationssteuereingangssignal VmcINA des Verschiebungssensors 1A.
Hierin sind drei Verschiebungssensoren 1A, 1B und 1C gezeigt, jedoch
gilt dasselbe auch für
die Anordnung einer größeren Zahl
von Verschiebungssensoren; das Modulationssteuereingangssignal und
das Modulationssteuerausgangssignal kann für diejenigen Verschiebungssensoren,
die sich nicht beeinflussen, gemeinsam verwendet werden, während die
Verschiebungssensoren, die sich gegenseitig beeinflussen, jeweils Modulationssteuereingangssignale
und Modulationssteuerausgangssignale aneinander übergeben können.
-
Es
wird angemerkt, daß in
dem Ausführungsbeispiel
das Ausgangssignal der Modulationssteuerschaltung 34 jedes
Verschiebungssensors 1A, 1B, 1C (das
Modulationssteuerausgangssignal VmcOUTA, VmcOUTB, VmcOUTC) ein Stromausgangssignal
ist, und der Eingang der Modulationssteuerschaltung 34 (für das Modulationssteuereingangssignal VmcINA,
VmcINB, VmcINC) mit einem Pull-Down-Widerstand R1 versehen ist.
-
Daher
wird, wie in 19 gezeigt, während der
Verschiebungssensor 1A arbeitet, der Entfernungsmeßvorgang
der Verschiebungssensoren 1B, 1C angehalten; und
dann, während
die Verschiebungssensoren 1B, 1C arbeiten, der
Entfernungsmeßvorgang
des Verschiebungssensors 1A angehalten. Die Verschiebungssensoren 1B und 1C scheinen
in der Figur synchron zu arbeiten, jedoch findet zwischen diesen
keine zeitliche Steuerung statt. Die Verschiebungssensoren 1B und 1C beenden
den Entfernungsmeßvorgang
nicht notwendigerweise zur selben Zeit. Da jedoch die Entfernugsmessung
des Verschiebungssensors 1A nach dem Ende des Entfernungsmeßvorgangs
der Verschiebungssensoren 1B oder 1C – welcher
auch immer der zuletzt Beendende ist – begonnen wird, tritt keine
gegenseitige Beeinflussung zwischen den Verschiebungssensoren 1A, 1B und 1C auf.
-
Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
stellt eine Anordnung bereit, bei der eine Vielzahl von Verschiebungssensoren
in zwei Gruppen eingeteilt und so miteinander verbunden werden,
daß sie
sich gegenseitig nicht beeinflussen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
sind drei Verschiebungssensoren gezeigt, jedoch ist die Anzahl von
Verschiebungssensoren nicht begrenzt, ausgenommen aufgrund der Stromkapazität jedes
Verschiebungssensors etc. Die anderen Komponenten sowie der Betriebsablauf
des zehnten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denjenigen des ersten und fünften
Ausführungsbeispiels.
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Elftes Ausführungsbeispiel
-
In
einem elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind vier Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D jeweils
paarweise nebeneinanderliegend angeordnet, wobei sich die beiden
Gruppen gegenüberliegen,
wie in 20 gezeigt. In einem solchen
Anordnungsbeispiel besteht eine Möglichkeit dahingehend, daß sich die
vier Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D gegenseitig
beeinflussen. Um zu vermeiden, daß sich eine Anzahl von Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D gegenseitig
beeinflussen, beginnt gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
jeder Verschiebungssensor 1A, 1B, 1C und 1D den Entfernungsmeßvorgang
mit der ansteigenden Flanke eines Eingangssignals für den Modulationssteuereingang
VmcINA, VmcINB, VmcINC, VmcIND, wie in 20 gezeigt,
wobei die Modulationssteuerausgangssignale VmcOUTA, VmcOUTB, VmcOUTC, VmcOUTD
der Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D mit
den Modulationssteuereingängen
VmcINA, VmcINB, VmcINC, VmcIND der einzelnen Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D in
Folge verbunden sind. Im einzelnen ist der Modulationssteuerausgang
VmcOUTA des Verschiebungssensors 1A mit dem Modulationssteuereingang
VmcINB des Verschiebungssensors 1B verbunden; und ist VmcOUTB
mit VmcINC, VmcOUTC mit VmcIND und VmcOUTD mit VmcINA verbunden,
wodurch die Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D in
Reihe oder ringförmig
miteinander verbunden sind.
-
In
dieser Konfiguration beendet dann, nachdem der Entfernungsmeßvorgang
angehalten wurde, ein Verschiebungssensor 1A, 1B, 1C, 1D den
Entfernungsmeßvorgang,
bis das von einem anderen Verschiebungssensor 1A, 1B, 1C und 1D kommende Modulationssteuereingangssignal
VmcINA, VmcINB, VmcINC, VmcIND ansteigt. Daher wird bei stationärem Betrieb
gemäß 21 dann, während
der Verschiebungssensor 1A die Entfernungsmessung durchführt, der
Betrieb des Verschiebungssensors 1B angehalten, und auch
die weiteren Verschiebungssensoren 1C und 1D halten
den Entfernungsmeßvorgang
an, bis die Modulationssteuereingangssignale VmcINC und VmcIND jeweils
ansteigen. Nach Beendigung des Entfernungsmeßvorgangs des Verschiebungssensors 1A steigt
das Modulationssteuereingangssignal VmcINB für den Verschiebungssensor 1B an,
so daß infolgedessen
der Verschiebungssensor 1B den Betrieb aufnimmt. Sodann nehmen
die Verschiebungssensoren 1C und 1D den Betrieb
abwechselnd in Aufeinanderfolge auf, worauf auf die Beendigung des
Betriebs des Verschiebungssensors 1D das Modulationssteuereingangssignal VmcINA
für den
Verschiebungssensor 1A ansteigt und der Verschiebungssensor 1A erneut
den Betrieb aufnimmt.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, führen die
Verschiebungssensoren 1A, 1B, 1C und 1D den Entfernungsmeßvorgang
aufeinanderfolgend aus, so daß so
viele Verschiebungssensoren wie benötigt werden in Reihe miteinander
verbunden werden können.
Darüber
hinaus werden zwei Sätze
der Verschiebungssensoren gleichzeitig miteinander verbunden und
kommt die Verbindung auf einfache Art und Weise zustande.
-
Die
Konfigurationen des zehnten und des zwölften Ausführungsbeispiels können zusammengeführt werden;
die Verhinderung der Beeinflussung zwischen den in zwei Gruppen
eingeteilten Verschiebungssensoren oder die Verhinderung der gegenseitigen
Beeinflussung der Verschiebungssensoren kann auf einfache Art und
Weise dadurch erzielt werden, daß die Art und Weise der Verbindung
der Verschiebungssensoren geändert
wird.
-
Zwölftes Ausführungsbeispiel
-
Verschiebungssensoren 1A und 1B gemäß einem
zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermitteln einen Abstand ohne Divisionsabschnitt 27c, wie
in 22 gezeigt. Es wird angenommen, daß eine Ausgangsspannung
eines Summenberechnungsabschnitts 27b zu der gesamten auf
ein Lageerfassungselement 21 einfallenden Lichtmenge äquivalent
ist; eine Vergleichsschaltung 17 vergleicht die Ausgangsspannung
mit einer Referenzspannung Vref und gibt ein Signal, welches äquivalent
zu dem Unterschied bzw. der Differenz zwischen der Ausgangsspannung
des Summenberechnungsabschnitts 27b und der Referenzspannung
Vref ist, an eine Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 aus.
Die Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 führt eine
Amplitudenmodulation mit einem Zeitsteuersignal t2 aus einer Zeitsteuerschaltung 28 als
Träger
durch einen Modulator 15 durch und steuert die Laserdiode 11 über eine
Laserdioden-Ansteuerschaltung 14 an. Kurz gesagt, unterliegt
die Lichtausgabe der Laserdiode 11 einer rückgekoppelten
Steuerung in Abhängigkeit
von der an dem Lageerfassungselement 21 empfangenen Lichtmenge.
-
Wenn
dieser Aufbau verwirklicht wird, wird das Ausgangssignal des Summenberechnungsabschnitts 27b auf
der Referenzspannung als einem konstanten Wert gehalten, und der
Nenner wird dann, wenn ein Entfernungsmeßvorgang durchgeführt wird,
zu einem konstanten Wert, so daß infolgedessen
das Ausgangssignal ei nes Differenzberechnungsabschnitts 27c äquivalent
zu der Entfernung zu einem Objekt 3 wird. Dies beseitigt
die Notwendigkeit eines Divisionsabschnitts 27c. Außerdem kann
die Lichtausgabe der Laserdiode 11 in Abhängigkeit
von der empfangenen Lichtmenge an dem Lageerfassungselement 21 justiert
werden, so daß die
Lichtmenge in Abhängigkeit
von dem Reflexionsfaktor oder der Entfernung des Objekts 3 eingestellt
und die Entfernung akkurat in dem Dynamikbereich der Verarbeitungsschaltung
gemessen werden kann. Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf
des zwölften
Ausführungsbeispiels
sind ähnlich denjenigen
des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Dreizehntes
Ausführungsbeispiel
-
Wie
das zwölfte
Ausführungsbeispiel
führt ein
dreizehntes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine rückgekoppelte
Steuerung dahingehend durch, daß die
Ausgangsspannung eines Summenberechnungsabschnitts 27b konstant
gehalten wird, wie in 23 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel
verwendet anstelle eines Verstärkers 24 einen
variablen Verstärker 24' mit einem variablen
Verstärkunggfaktor, und
es wird eine Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 verwendet,
um anstelle der Lichtausgabe einer Laserdiode 11 den Verstärkungsfaktor
des variablen Verstärkers 24' zu verändern. Der
Ausgang des Summenberechnungsabschnitts 27b kann durch
die rückgekoppelte
Steuerung auf einem konstanten Wert gehalten werden, so daß die Ausgabe
eines Differenzberechnungsabschnitts 27a als Entfernungsmeßwert verwendet
werden kann. Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf
des dreizehnten Ausfüh rungsbeispiels
sind ähnlich
denen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Vierzehntes
Ausführungsbeispiel
-
Ein
vierzehntes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist äquivalent
zu einer Kombination der Anordungen gemäß dem zwöften und dem dreizehnten Ausführungsbeispiel,
wie in 24 gezeigt. D.h., die rückgekoppelte
Steuerung der Lichtabgabe einer Laserdiode 11 und der Verstärkungsfaktor
eines variablen Verstärkers 24' werden durchgeführt, um
die Ausgangsspannung eines Summenberechnungsabschnitts 27b konstant
zu halten. Zu diesem Zeitpunkt wird die rückgekoppelte Steuerung wie
folgt durchgeführt.
Die gleichbleibend empfangene Lichtmenge dient als Referenz oder
Bezugswert (beispielsweise legt diese Menge fest, daß sich weiße Keramik
in einer Referenzentfernung befindet). Wenn die empfangene Lichtmenge
größer als
der Referenzwert ist, bewirkt die Rückkopplung eine Verringerung
der Lichtleistung, und wenn die empfangene Lichtmenge kleiner als
der Referenzwert ist, bewirkt die Rückkopplung eine Erhöhung der
Lichtleistung.
-
Denn
wenn die empfangene Lichtmenge größer als der Referenzwert ist,
wird der Verstärkungsfaktor
auf den kleinsten Wert, mit anderen Worten: auf einen konstanten
Zustand gesetzt, so daß es möglich ist,
die Verarbeitung unter der Auflösung
in dem besten Zustand durchzuführen
und das Lichtleistungsproblem mit der Erhöhung der empfangenen Lichtmenge
zu unterdrücken.
Wenn die empfangene Lichtmenge kleiner ist als der Referenzwert, wird
die Lichtleistung auf den größten Wert,
mit anderen Worten:
auf einen konstanten Zustand gesetzt, so
daß es möglich ist,
die maximale Empfangslichtmenge zu erhalten und den Verstärkungsfaktor
mit der Abnahme der Empfangslichtmenge zu erhöhen.
-
Wie
vorstehend beschrieben, überlappen sich
die zwei Rückkopplungs-Betriebsbereiche
nicht, so daß der
dynamische Empfangslichtmengenbereich extrem groß wird.
-
Mit
anderen Worten ausgedrückt
kann der Bereich, in dem der Reflexionsfaktor eines Objekts 3 gemessen
werden kann, weiter gemacht werden als der in dem zwölften oder
dreizehnten Ausführungsbeispiel.
Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des vierzehnten
Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Fünfzehntes
Ausführungsbeispiel
-
Ein
fünfzehntes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung stellt einen Aufbau wie in 25 gezeigt
bereit. Das fünfzehnte
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem fünften
Ausführungsbeispiel
dadurch, daß eine
Betriebsschaltung 29 Va1A-Va2A und Va2A ausgibt, daß die Umschaltschaltung 32 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
nicht benötigt wird,
daß eine
Betriebsschaltung 30 bereitgestellt wird zum Durchführen eines
vorbestimmten Betriebsablaufs auf der Grundlage eines Ausgangssignals
einer Erfassungsschaltung 25, und daß ein Divisionsabschnitt 27c die
Operation (V1A-V2A)/(V1A+kXV2A) durch führt, wobei die Betriebsschaltung 30 Vd1A-Vd2
und Vd2 ausgibt bzw. Tiefpaßfilter 26a und 26b V1A-V2A
und V2A ausgeben. Ein Addierer 27b' gibt V1A+kXV2A aus, worin k eine
Konstante ist zum Korrigieren einer nichtlinearen optischen Charakteristik
bzw. Kennlinie. Daher wird in dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel
das Ausgangssignal des Divisionsabschnitts 27c zu einem
Signal, welches der Entfernung zu einem Objekt 3 entspricht,
indem ein durch das Lageerfassungselement 21 ausgegebenes
Lagesignal 11A, 12A unabhängig von der Summe aus dem
Reflexionsfaktor und der Lichtempfangsmenge auf der Oberfläche des
Objekts 3 normiert wird. Das Ausführungsbeispiel, welches die
Umschaltschaltung 32 nicht benötigt, kann das Auftreten von
Fehlern, die durch eine zeitliche Verzögerung des Umschaltvorgangs
oder durch Schaltrauschen verursacht werden, verringern und kann
im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen,
die die Umschaltschaltung 32 umfassen, die Genauigkeit
der Entfernungsmessung erhöhen.
-
Die
weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denen des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Sechzehntes
Ausführungsbeispiel
-
Ein
sechzehntes Ausführungsbeispiel
der Erfindung stellt einen Aufbau gemäß 26 bereit. Das
sechzehnte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem fünften
Ausführungsbeispiel
dadurch, daß ein
anderes Zeitsteuersignal t3 an die Erfassungsschaltung 25 ausgegeben
wird, daß die
Umschaltschaltung 32 des fünften Ausführungsbeispiels nicht benötigt wird,
und daß ein
Divisionsab schnitt 27c die Operation (V1A-V2A)/V1A+kXV2A)
durchführt,
wobei jeweils Tiefpaßfilter 26a und 26b V1A-V2A
bzw. V2A ausgeben. Das Zeitsteuersignal t3 unterscheidet sich von
einem Umschaltsignal t1 in der Phase um etwa 90 Grad. Die weiteren
Komponenten und der weitere Betriebsablauf des sechzehnten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denen des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Siebzehntes
Ausführungsbeispiel
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Ein
siebzehntes Ausführungsbeispiel
der Erfindung stellt einen Aufbau gemäß 27 bereit.
Das siebzehnte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem fünften
Ausführungsbeispiel
dadurch, daß ein
anderes Zeitsteuersignal t3 an die Erfassungsschaltung 25 ausgegeben
wird, daß die
Umschaltschaltung 32 des fünften Ausführungsbeispiels nicht benötigt wird,
und daß ein
Divisionsabschnitt 27c die Operation (V1A-V2A)/V1A+kXV2A)
durchführt.
Die weiteren Komponenten und der weitere Betriebsablauf des siebzehnten
Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denen des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Achtzehntes
Ausführungsbeispiel
-
Es
wird angemerkt, daß die
Verschiebungssensoren 1A und 1B des fünften Ausführungsbeispiels
jeweils einen Divisionsabschnitt 27c umfassen. Verschiebungssensoren 1A und 1B gemäß einem
achtzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermitteln eine Entfernung ohne Divisionsabschnitt 27c,
wie in 28 gezeigt. Die Anordnung gemäß dem achtzehnten
Ausführungsbeispiel
arbeitet im wesentlichen wie das als 9 in der
zuvor von dem Erfinder erstellten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei
8-157680 gezeigte Ausführungsbeispiel.
Es wird angenommen, daß eine
Ausgangsspannung eines Addierers 27b' (der zu dem Addierer 13 in
der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-157680 äquivalent ist)
V1+kXV2 äquivalent
zu der gesamten Lichtmenge ist, die auf ein Lageerfassungselement 21 fällt. Eine
Vergleichsschaltung 17 vergleicht die Ausgangsspannung
mit der Referenzspannung Vref und gibt an eine Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 ein Signal
aus, welches zu der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des
Addierers 27b' und
der Referenzspannung Vref äquivalent
ist. Die Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 führt über einen
Modulator 15 eine Amplitudenmodulation mit einem Zeitsteuersignal
t2 aus einer Zeitsteuerschaltung 28 als Träger aus
und steuert durch eine Laserdioden-Ansteuerschaltung 14 eine Laserdiode 11 an.
Kurz gesagt, wird die Lichtausgabe der Laserdiode 11 einer
Rückkopplungssteuerung
in Antwort auf die an dem Lageerfassungselement 11 empfangene
Lichtmenge unterzogen. Ferner wird ein variabler Verstärker 24' mit einem variablen
Verstärkungsfaktor
anstelle des Verstärkers 24 in
dem fünften
Ausführungsbeispiel
verwendet, und der Verstärkungsfaktor
des variablen Verstärkers 24' wird durch
die Rückkopplungs-Steuerschaltung 16 geändert. D.h.
in dem achtzehnten Ausführungsbeispiel
wird wie in dem vierzehnten Ausführungsbeispiel
die Rückkopplungssteuerung des
durch die Laserdiode 11 ausgegebenen Lichts und des Verstärkungsfaktors
des variablen Verstärkers 24' durchgeführt. Es
ergibt sich ein als Ausgangsspannung des Addierers 27b' aufgefundener Wert
V1+kXV2.
-
Wenn
diese Konfiguration verwendet wird, wird das Ausgangssignal des
Addierers 27b' auf
der Referenzspannung Vref als einem konstantem Wert gehalten, so
daß der
Nenner dann, wenn ein Entfernungsbestimmungsvorgang durchgeführt wird,
zu einem konstanten Wert wird, und infolgedessen das Ausgangssignal
V1A-V2A eines Tiefpaßfilters 26a äquivalent
zu der Entfernung zu einem Objekt 3 wird. Dies beseitigt
die Notwendigkeit eines Divisionsabschnitts 27c. Außerdem kann
die Lichtausgabe der Laserdiode 11 in Antwort auf die an
dem Lageerfassungselement 21 empfangene Lichtmenge justiert werden,
so daß die
Lichtmenge in Antwort auf den Reflexionsfaktor oder die Entfernung
des Objekts 3 justiert bzw. eingestellt und die Entfernung
akkurat in dem Dynamikbereich der Verarbeitungsschaltung gemessen
werden kann. Die weiteren Komponenten sowie der weitere Betriebsablauf
des achtzehnten Ausführungsbeispiels
sind ähnlich
denen des fünften Ausführungsbeispiels.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird demgemäß eine optische Verschiebungsmeßeinrichtung bereitgestellt,
bei der ein Objekt mit in einem geeigneten Zyklus modulierten Lichtstrahlen
aus einem Lichtabstrahlelement beleuchtet wird, ein Lichtübertragungspunkt
auf einer Oberfläche
des Objekts erzeugt wird, ein Bild des Lichtübertragungspunkts auf einer
Lichtempfangsfläche
eines Lageerfassungselements erzeugt und dadurch ein Lichtempfangspunkt bereitgestellt
wird, und mittels einem Verarbeitungsabschnitt eine Entfernung zu
dem Objekt auf der Grundlage der Lage des Lichtempfangspunkts ermittelt
wird, gekennzeichnet durch eine Modulationssteuerschaltung, die
das Objekt zur Durchführung
eines Abstandsmeßvorgangs
zyklisch so oft wie zweckmäßig mit
Strahlungslicht beleuchtet, dann den Entfernungsmeßvorgang
beendet und ein das Ende des Vorgangs anzeigendes Modulationssteuerausgangssignal
erzeugt, und bei Empfang eines einen Ablaufbeginn anzeigenden Modulationssteuereingangssignals
von außen
den Entfernungsmeßvorgang
erneut beginnt.
-
Beispielsweise
ist dann, wenn zwei optische Verschiebungsmeßeinrichtungen in einer lagemäßig zugeordneten
Beziehung angeordnet sind, in der zu befürchten ist, daß die optischen
Entfernungsmeßeinrichtungen
sich gegenseitig beeinflussen, das Modulationssteuerausgangssignal
einer der optischen Entfernungsmeßeinrichtungen als das Modulationssteuereingangssignal
der anderen optischen Entfernungsmeßeinrichtung vorgegeben, wodurch
es möglich
wird, daß beide
optischen Entfernungsmeßeinrichtungen
abwechselnd bzw. alternierend betrieben werden. Infolgedessen bietet
sich der Vorteil, daß eine
gegenseitige Beeinflussung verhindert wird. Dies bedeutet, daß zwei zu
verwendende Sensoren ohne eine durch Interferenz bzw. Beeinflussung
verursachte Verschlechterung der Auflösung oder der Linearität benachbart
zueinander bzw. aneinander angrenzend angeordnet werden können.
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Wie
vorstehend beschrieben, beginnt die optische Verschiebungsmeßeinrichtung
mit der Abstrahlung des Strahlungslichts bei Empfang des Modulationssteuereingangssignals,
welches eine Anweisung zum Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs
darstellt, von außen,
und verwendet das Ausgangssignal des Lageerfassungselements dazu, nach
dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer, die für die Stabilisierung
des begonnenen Vorgangs benötigt
wird, die Entfernung zu dem Objekt zu ermitteln. Ferner wird in Übereinstimmung
mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen
die Häufigkeit,
mit der das Strahlungslicht zwischen dem Empfang der Anweisungen
zum Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs
und zum Beenden des Entfernungsmeßvorgangs abgestrahlt wird,
derart festgelegt, daß ein
mittlerer Fehlerwert der Entfernungsmessung in einem Zeitraum kurz
nach dem Beginn des Vorgangs, in dem der Vorgang instabil ist, ignoriert
werden kann.
-
Auf
diese Art und Weise kann die Entfernungsmessung derart ausgeführt werden,
daß ein Meßfehler
auch dann, wenn der Zeitraum zwischen dem Empfang der Anweisung
zum Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs
als das Modulationssteuereingangssignal und dem Zeitpunkt, zu dem
der Entfernungsmeßvorgang
stabil wird, lang ist, d.h. das Antwort- bzw. Ansprechverhalten
schlecht ist, nur selten auftritt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, beinhaltet die optische Verschiebungsmeßeinrichtung
ein Schaltelement, welches zwischen dem Lageerfassungselement und
dem Verarbeitungsabschnitt angeordnet ist und auf den Empfang des
Modulationssteuereingangssignals von außen hin die Zufuhr des Ausgangssignals
des Lageerfassungselements zu dem Verarbeitungsabschnitt unterdrückt, während der Entfernungsmeßvorgang
angehalten ist.
-
Infolgedessen
wird dann, wenn starkes Störlicht
auf die Einrichtung fällt,
während
der Entfernungsmeßvorgang
angehalten ist, dieses nicht in den Verarbeitungsabschnitt geleitet,
so daß eine
Sättigung
oder ein nichtlinearer Betrieb des Verarbeitungsabschnitts vermieden
werden kann und die Genauigkeit des Entfernungsmeßvorgangs
erhöht
wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben, gibt die Modulationssteuereinheit eine von
zwei Spannungen als Modulationssteuerausgangssignal aus, wobei ein erster
Schwellenwert außerhalb
des Bereichs der beiden Spannungen und ein zweiter Schwellenwert innerhalb
des Bereichs der beiden Spannungen für einen Vergleich mit dem Modulationssteuereingangssignal
festgelegt sind. Wenn das Modulationssteuereingangssignal in Bezug
auf den ersten Schwellenwert innerhalb des Bereichs der beiden Spannungspegel
liegt, bestimmt die Modulationssteuerschaltung das Ende oder den
Neustart des Entfernungsmeßvorgangs
in Antwort auf eine größer-gleich-
oder kleiner-gleich-Beziehung zwischen dem zweiten Schwellenwert
und dem Modulationssteuereingangssignal, und wenn das von außen zugeführte Modulationssteuereingangssignal
nicht existiert, legt die Modulationssteuerschaltung die entgegengesetzte Spannung
zu den beiden Spannungen in Bezug auf den ersten Schwellenwert als
das Modulationssteuereingangssignal zum Fortsetzen des Entfernungsmeßvorgangs
ohne Unterbrechung fest.
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Auf
diese Art und Weise kann eine Einzelbetriebsart oder eine Betriebsart
zum Verhindern gegenseitiger Beeinflussung einfach in Abhängigkeit von
der Art der Verbindung zu der Modulationssteuerschaltung gewählt werden.
Darüber
hinaus kann eine derartige Funktion mit kleinen Abmessungen und
zu geringen Kosten bereitgestellt und die Einfachheit der Verwendung
verbessert werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, umfaßt
der Verarbeitungsabschnitt eine Rückkopplungs-Steuerschaltung,
die eine Rückkopplungssteuerung
der Lichtausgabe des Lichtabstrahlelements durchführt, um
eine Lichtempfangsmenge an dem Lageerfassungselement nahezu konstant
zu halten; umfaßt
der Verarbeitungsabschnitt einen variablen Verstärker mit einem variablen Verstärkungsfaktor,
der die durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Lagesignale
verstärkt,
und eine Rückkopplungs-Steuerschaltung,
die derart eine Rückkopplungssteuerung des
Verstärkungsfaktors
des variablen Verstärkers durchführt, daß ein Summenwert
von Ausgangswerten nach den paarweise vorliegenden Lagesignalen, die
durch den variablen Verstärker
verstärkt
werden, nahezu gleich wird; und umfaßt der Verarbeitungsabschnitt
einen variablen Verstärker
mit einem variablen Verstärkungsfaktor,
der die durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Lagesignale
verstärkt, und
eine Rückkopplungs-Steuerschaltung,
die derart eine Rückkopplungssteuerung
der Lichtausgabe des Lichtabstrahlelements durchführt, daß eine Lichtempfangsmenge
an dem Lageerfassungselement nahezu konstant ist, sowie derart eine
Rückkopplungssteuerung
des Verstärkungsfaktors
des variablen Verstärkers
durchführt,
daß ein
Summenwert von Ausgangswerten nach den paarweise vorliegenden Lagesignalen,
die durch den variablen Verstärker verstärkt werden,
nahezu gleich wird.
-
Auf
diese Art und Weise wird der Bereich, in dem Objekte mit unterschiedlichen
Reflexionsfaktoren gemessen werden können, erweitert, so daß verschiedenartige
Objekte abgedeckt werden können.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird ein optisches Verschiebungsmeßsystem
bereitgestellt, bei dem eine Vielzahl erfindungsgemäßer optischer
Verschiebungsmeßeinrichtungen
zur Verwendung vorgesehen sind, die optischen Verschiebungsmeßeinrichtungen
in zwei miteinander interferierende Gruppen eingeteilt sind, und
Modulationssteuereingänge und
Modulationssteuerausgänge
der optischen Verschiebungsmeßeinrichtungen,
die jeweils eine Gruppe bilden, miteinander verbindunden werden,
um einen Modulationssteuerausgang einer Gruppe in den Modulationssteuereingang
einer anderen Gruppe zu leiten.
-
Auf
diese Art und Weise werden eine Vielzahl der optischen Verschiebungsmeßeinrichtungen in
zwei Gruppen eingeteilt, und kann eine Interferenz zwischen den
Gruppen vermieden werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, beginnt bei der optischen Verschiebungsmeßeinrichtung
die Modulationssteuerschaltung den Entfernungsmeßvorgang auf der Grundlage
von entweder ansteigenden oder abfallenden Flanken eines von außerhalb
in den Modulationssteuereingang geleiteten Eingangssignals, und
sind die optischen Entfernungsmeßeinrichtungen in einer Reihe
ringförmig
miteinander verbunden, um jeden Modulationssteueraungang in jeden
Modulationssteuereingang zu leiten.
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Auf
diese Art und Weise wird ermöglicht,
so viele optische Verschiebungsmeßeinrichtungen wie nötig zu verwenden,
ohne daß diese
miteinander interferieren.
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Wie
vorstehend beschrieben, gibt das Lageerfassungselement ein Paar
von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, aus; und umfaßt der Verarbeitungsabschnitt
eine erste Umschaltschaltung, die die Lagesignale bei jedem Zyklus
eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt, eine zweite Umschaltschaltung,
die synchron mit der ersten Umschaltschaltung ein Ausgangssignal
der synchronen Erfassungseinrichtung in ein Paar von Signalen separiert,
und einen Betriebsabschnitt, der eine Verschiebung aus einer Referenzlage
des Objekts auf der Grundlage des Ausgangs der zweiten Umschaltschaltung
berechnet.
-
Auf
diese Art und Weise tritt ein Fehler, der durch gleichbleibende
Schwankungen bzw. Änderungen
von Konstanten oder Schwankungen der Temperaturcharakteristiken
der Komponenten, wie sie in dem zwei Schaltkreis-Kanäle für die Lagesignale
verwendenden herkömmlichen
Verarbeitungsabschnitt auftreten, verursacht wird, nicht auf. Außerdem erfaßt ein und
dieselbe synchrone Erfassungseinrichtung synchron die beiden Lagesignale,
so daß auch kein
Offsetfehler auftritt. Ferner wird, weil die nur eine Schaltung
die beiden Lagesignale verarbeitet, eine Frequenzcharakteristikdifferenz
bzw. eine Frequenzkennlinienabweichung solange nicht erzeugt, bis
das Signal durch die zweite Umschaltschaltung separiert bzw. aufgetrennt
wird, so daß dann,
wenn sich die Modulationsfre quenz des Signals zum Ansteuern des
Lichtabstrahlelements ändert,
ein transienter Fehler bzw. Übergangsfehler
in dem Ergebnis der Entfernungsmessung nicht auftritt.
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Wie
vorstehend beschrieben, gibt das Lageerfassungselement ein Paar
von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, aus; und umfaßt die Verarbeitungseinrichtung
einen ersten Betriebsabschnitt, der Subtraktions- und Additions-Operationen
mit den Lagesignalen durchführt und
die resultierenden Signale ausgibt; eine erste Umschaltschaltung,
die die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts bei jedem
Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt, eine zweite Umschaltschaltung,
die synchron mit der ersten Umschaltschaltung ein Ausgangssignal
der synchronen Erfassungseinrichtung in ein Paar von Signalen separiert,
und einen zweiten Betriebsabschnitt, der eine Verschiebung aus einer Referenzlage
des Objekts auf der Grundlage des Ausgangs der zweiten Umschaltschaltung
berechnet.
-
Da
der erste Betriebsabschnitt eine Subtraktionsoperation mit den Lagesignalen
durchführt,
kann dann, wenn die Lagesignale inphasiges Rauschen enthalten, der
erste Betriebsabschnitt das inphasige Rauschen entfernen, um das
Auftreten eines Entfernungsmeßfehlers
oder die Verschlechterung der Auflösung, die andernfalls durch
die Wirkung des inphasigen Rauschens auf die Lagesignale verursacht werden
würde,
zu unterdrücken.
-
Wie
vorstehend beschrieben, gibt das Lageerfassungselement ein Paar
von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, aus; und umfaßt die Verarbeitungseinrichtung
einen ersten Betriebsabschnitt, der Subtraktions- und Additions-Operationen
mit den Lagesignalen durchführt und
die resultierenden Signale ausgibt, eine Umschaltschaltung, die
die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts bei jedem Zyklus
eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus der Lichtstrahlen ändert und
selektiv eines der Signale ausgibt, eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt, und einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert
und eine Verschiebung aus einer Referenzlage des Objekts berechnet.
-
Da
der erste Betriebsabschnitt eine Subtraktionsoperation mit den Lagesignalen
durchführt,
kann dann, wenn die Lagesignale inphasiges Rauschen enthalten, der
erste Betriebsabschnitt das inphasige Rauschen entfernen, um das
Auftreten eines Entfernungsmeßfehlers
oder die Verschlechterung der Auflösung, die andernfalls durch
die Wirkung des inphasigen Rauschens auf die Lagesignale verursacht werden
würde,
zu unterdrücken.
Da die Anzahl von Umschaltschaltungen kleiner ist, kann das Auftreten eines
Zeitverzögerungsfehlers
des Umschaltvorgangs und das Auftreten eines Umschaltstörungsfehlers
verringert und die Genauigkeit der Entfernungsmessung erhöht werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben, gibt das Lageerfassungselement ein Paar
von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, aus; und umfaßt der Verarbeitungabschnitt
einen ersten Betriebsabschnitt, der das andere Lagesignal von einem
durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Signal subtrahiert
und ein Subtraktionsergebnissignal sowie das andere Lagesignal ausgibt;
eine Umschaltschaltung, die die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts
bei jedem Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus
der Lichtstrahlen ändert
und selektiv eines der Signale ausgibt; eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt; und einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert
und eine Verschiebung aus einer Referenzlage des Objekts berechnet.
-
Da
der erste Betriebsabschnitt eine Subtraktionsoperation mit den Lagesignalen
durchführt,
kann dann, wenn die Lagesignale inphasiges Rauschen enthalten, der
erste Betriebsabschnitt das inphasige Rauschen entfernen, um das
Auftreten eines Entfernungsmeßfehlers
oder die Verschlechterung der Auflösung, die andernfalls durch
die Wirkung des inphasigen Rauschens auf die Lagesignale verursacht werden
würde,
zu unterdrücken.
Da die Anzahl von Umschaltschaltungen kleiner ist, kann das Auftreten eines
Zeitverzögerungsfehlers
des Umschaltvorgangs und das Auftreten eines Umschaltstörungsfehlers
verringert und die Genauigkeit der Entfernungsmessung erhöht werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben, gibt das Lageerfassungselement ein Paar
von Lagesignalen mit einem Signalwertverhältnis, das in Abhängigkeit
von der Lage des Lichtempfangspunkts bestimmt wird, aus; und umfaßt der Verarbeitungsabschnitt
einen ersten Betriebsabschnitt, der das andere Lagesignal von einem
durch das Lageerfassungselement ausgegebenen Signal subtrahiert
und ein Subtraktionsergebnissignal sowie das eine Lagesignal ausgibt;
eine Umschaltschaltung, die die Ausgangssignale des ersten Betriebsabschnitts
bei jedem Zyklus eines ganzzahligen Vielfachen des Modulationszyklus
der Lichtstrahlen ändert
und selektiv eines der Signale ausgibt; eine synchrone Erfassungseinrichtung,
die das Ausgangssignal der ersten Umschaltschaltung synchron mit
dem Modulationszyklus der Lichtstrahlen erfaßt; und einen zweiten Betriebsabschnitt,
der eine optische nichtlineare Charakteristik auf der Grundlage
eines Ausgangssignals der synchronen Erfassungseinrichtung korrigiert
und eine Verschiebung aus einer Referenzlage des Objekts berechnet.
-
Da
der erste Betriebsabschnitt eine Subtraktionsoperation mit den Lagesignalen
durchführt,
kann dann, wenn die Lagesignale inphasiges Rauschen enthalten, der
erste Be triebsabschnitt das inphasige Rauschen entfernen, um das
Auftreten eines Entfernungsmeßfehlers
oder die Verschlechterung der Auflösung, die andernfalls durch
die Wirkung des inphasigen Rauschens auf die Lagesignale verursacht werden
würde,
zu unterdrücken.
Da die Anzahl von Umschaltschaltungen kleiner ist, kann das Auftreten eines
Zeitverzögerungsfehlers
des Umschaltvorgangs und das Auftreten eines Umschaltstörungsfehlers
verringert und die Genauigkeit der Entfernungsmessung erhöht werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, beleuchtet eine Laserdiode 11 ein
Objekt 3 mit in einem geeigneten Zyklus moduliertem Strahlungslicht.
Ein Lageerfassungselement 21 gibt in Abhängigkeit
von der Lage eines Lichtempfangspunkts ein Paar von Lagesignalen
aus, und ein Verarbeitungsabschnitt ermittelt einen Abstand zu dem
Objekt 3 auf der Grundlage der Lagesignale. Der Verarbeitungsabschnitt
umfaßt
eine Modulationssteuerschaltung 34 zum Beleuchten des Objekts 3 mit
Strahlungslicht so oft wie zur Durchführung eines Entfernungsmeßvorgangs
zweckmäßig, dann
Beenden des Entfernungsmeßvorgangs
und Erzeugen eines Modulationssteuerausgangssignals, welches das
Ende des Vorgangs anzeigt, und bei Empfang eines Modulationssteuereingangssignals
von außen,
welches den Beginn des Vorgangs anzeigt, erneutem Beginnen des Entfernungsmeßvorgangs.
Daher arbeiten dann, wenn der Modulationssteuerausgang einer der
beiden optischen Entfernungsmeßeinrichtungen
in den Modulationssteuereingang der anderen optischen Entfernungsmeßeinrichtung
geleitet wird, beide optischen Entfernungsmeßeinrichtungen abwechselnd
und interferieren infolgedessen nicht miteinander.