JP2001050711A - Optical displacement meter - Google Patents

Optical displacement meter

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JP2001050711A
JP2001050711A JP11221835A JP22183599A JP2001050711A JP 2001050711 A JP2001050711 A JP 2001050711A JP 11221835 A JP11221835 A JP 11221835A JP 22183599 A JP22183599 A JP 22183599A JP 2001050711 A JP2001050711 A JP 2001050711A
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JP
Japan
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light
sampling period
ccd
measured
displacement meter
Prior art date
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JP11221835A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Fukai
浩司 深井
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Keyence Corp
Original Assignee
Keyence Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical displacement meter capable of shortening measuring time and correctly measuring a dark object to be measured. SOLUTION: A laser beam emitted from a laser diode 31 irradiates an object to be measured 27 through a projection lens 35. A part of the laser beam reflected by the object to be measured 27 enters into a CCD linear sensor 33 through a light receiving lens 36. The electric charge accumulated in the CCD linear sensor 3 in accordance with the light receiving amount and a relative position of the object to be measured 27 is read out by a CCD driving circuit 34, and converted into a voltage signal in a time series. A reset circuit 48 sends a reset signal to the CCD driving circuit 34 every period selected from a plurality of periods in accordance with a command from a microprocessor 44. Whereby a sampling period including a dummy reading-out period is changed, and a charge accumulation time of the CCD linear sensor 33 is changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を測
定対象物に照射し、測定対象物からの反射光をイメージ
センサで受光し、イメージセンサに蓄積された受光信号
を所定のサンプリング周期で読み出してディジタルデー
タに変換し、ディジタルデータに基づいて測定対象物ま
での距離を算出する光学式変位計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of irradiating light from a light source to a measuring object, receiving reflected light from the measuring object with an image sensor, and receiving a light receiving signal accumulated in the image sensor at a predetermined sampling period. The present invention relates to an optical displacement meter that reads out and converts digital data, and calculates a distance to an object to be measured based on the digital data.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の光学式変位計は、レーザ変位計
ともいわれ、三角測量の原理を用いて、物体(測定対象
物)の変位を非接触で測定するのに用いられる。その原
理を図1に基づいて説明する。
2. Description of the Related Art An optical displacement meter of this type is also called a laser displacement meter and is used to measure the displacement of an object (measurement object) in a non-contact manner using the principle of triangulation. The principle will be described with reference to FIG.

【0003】図1は、従来の光学式変位計の一例を示す
概略構成図である。LDドライバ11の制御によってレ
ーザダイオード12から発せられたレーザ光は、投光レ
ンズ13を通り測定対象物10を照射する。測定対象物
10で反射したレーザ光の一部は、受光レンズ14を通
ってPSD(光位置検出素子)15により受光される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a conventional optical displacement meter. The laser light emitted from the laser diode 12 under the control of the LD driver 11 passes through the light projecting lens 13 and irradiates the measurement object 10. A part of the laser light reflected by the measuring object 10 passes through the light receiving lens 14 and is received by the PSD (light position detecting element) 15.

【0004】測定対象物10が、図1において破線で示
すように、レーザダイオード12から遠ざかる方向に変
位すると、測定対象物10で反射してPSD15に達す
るレーザ光の光路が破線のように変化する。その結果、
PSD15の受光面での受光スポットの位置が移動す
る。PSD15は、受光面上での受光スポットの位置に
応じた2つの差動信号を出力する。差動信号の一方は受
光面の一端部から光スポットまでの距離に比例した電流
値を有し、他方の信号は受光面の他端部から光スポット
までの距離に比例した電流値を有する。
When the measuring object 10 is displaced away from the laser diode 12, as indicated by a broken line in FIG. 1, the optical path of the laser light reflected by the measuring object 10 and reaching the PSD 15 changes as indicated by the broken line. . as a result,
The position of the light receiving spot on the light receiving surface of the PSD 15 moves. The PSD 15 outputs two differential signals according to the position of the light receiving spot on the light receiving surface. One of the differential signals has a current value proportional to the distance from one end of the light receiving surface to the light spot, and the other signal has a current value proportional to the distance from the other end of the light receiving surface to the light spot.

【0005】これらの差動信号(電流)は、それぞれの
電流電圧変換回路(I−V変換回路)16,17によっ
て差動電圧に変換される。そして、処理回路18が、こ
れらの2つの差動電圧に基づいて測定対象物10の変位
を検出する。なお、上記の構成要素のうち、少なくとも
レーザダイオード12、投光レンズ13、受光レンズ1
4及びPSD15は、センサーヘッド部として一体化さ
れている。
[0005] These differential signals (currents) are converted into differential voltages by respective current-voltage conversion circuits (IV conversion circuits) 16 and 17. Then, the processing circuit 18 detects the displacement of the measuring object 10 based on these two differential voltages. In addition, among the above components, at least the laser diode 12, the light projecting lens 13, and the light receiving lens 1
4 and the PSD 15 are integrated as a sensor head.

【0006】最近、PSD(光位置検出素子)に代えて
CCD(固体撮像素子)イメージセンサを用いた光学式
変位計が実用化されている。通常はリニア(一次元)イ
メージセンサを用いて、受光面における受光スポットの
位置をディジタル的に検出する。この場合、電流電圧変
換回路16,17に代えてCCD駆動回路が備えられ、
CCD駆動回路はリニアイメージセンサの各画素に蓄積
された受光量に比例する電荷を一定周期(すなわち、サ
ンプリング周期)で読み出す。
Recently, an optical displacement meter using a CCD (solid-state image sensor) image sensor instead of a PSD (optical position detector) has been put to practical use. Usually, the position of the light receiving spot on the light receiving surface is digitally detected using a linear (one-dimensional) image sensor. In this case, a CCD drive circuit is provided instead of the current-voltage conversion circuits 16 and 17,
The CCD drive circuit reads out a charge proportional to the amount of received light accumulated in each pixel of the linear image sensor at a constant cycle (that is, a sampling cycle).

【0007】サンプリング周期は、リニアイメージセン
サの画素数と1画素ごとの転送レートとの積にほぼ等し
い。例えば256画素のリニアイメージセンサで転送レ
ートが1マイクロ秒の場合、サンプリング周期は256
マイクロ秒となる。従来、このサンプリング周期は光学
式変位計によって決まっており、可変ではなかった。
The sampling period is substantially equal to the product of the number of pixels of the linear image sensor and the transfer rate for each pixel. For example, when the transfer rate is 1 microsecond with a 256 pixel linear image sensor, the sampling period is 256
Microseconds. Conventionally, this sampling period is determined by an optical displacement meter and is not variable.

【0008】また、通常は、上記のような測定対象物1
0の変位(相対距離)の測定を複数回(例えば10回)
行い、得られた複数のデータの平均値を求め、これを最
終的な測定結果とする処理が処理回路18によって実行
される。このような平均値演算処理は、測定精度を高め
るために行われる。一方、測定時間を短縮する必要があ
る場合は、平均値を求めるためのデータの測定回数を減
らす(例えば3回とする)ことが行われる。測定精度と
測定時間はトレードオフの関係にあり、測定精度及び測
定時間のいずれを優先するかに応じて、測定回数を設定
可能にした光学式変位計もある。
[0008] Usually, the measurement object 1 as described above is used.
Measurement of zero displacement (relative distance) multiple times (for example, 10 times)
The processing circuit 18 performs an average value of the obtained plurality of data, and uses the average value as a final measurement result. Such an average value calculation process is performed to increase the measurement accuracy. On the other hand, when it is necessary to reduce the measurement time, the number of times of measurement of the data for obtaining the average value is reduced (for example, three times). There is a trade-off between the measurement accuracy and the measurement time, and there is an optical displacement meter in which the number of measurements can be set according to which of the measurement accuracy and the measurement time is prioritized.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平均値
を求めるためのデータの測定回数を減らすことにより測
定時間を短縮する方法には限界がある。仮に、測定回数
を1回にして、得られたデータをそのまま最終的な測定
結果としても、測定時間はサンプリング周期以下にはな
らない。上述のように、サンプリング周期はリニアイメ
ージセンサの画素数と1画素ごとの転送レートとの積に
ほぼ等しい。
However, there is a limit to a method for reducing the measurement time by reducing the number of times of data measurement for obtaining the average value. Even if the number of measurements is made one and the obtained data is used as the final measurement result, the measurement time does not become shorter than the sampling period. As described above, the sampling period is substantially equal to the product of the number of pixels of the linear image sensor and the transfer rate for each pixel.

【0010】画素数を少なくすればサンプリング周期は
短くなるが、受光面状での受光スポットの位置検出精度
が悪くなる。また、転送レートはリニアイメージセンサ
(CCD)の性能によって決まり、通常はその最大レー
トで使用される。転送レートを速くしすぎると、リニア
イメージセンサが測定対象物からの光を受光して、その
受光量に応じた電荷を各画素に蓄積する時間(蓄積時
間)が短くなる。その結果、測定対象物が暗い場合は十
分な電荷が蓄積されず、適正な測定ができなくなる。
When the number of pixels is reduced, the sampling period is shortened, but the position detection accuracy of the light receiving spot on the light receiving surface is deteriorated. The transfer rate is determined by the performance of a linear image sensor (CCD), and is usually used at its maximum rate. If the transfer rate is set too high, the time (accumulation time) for the linear image sensor to receive light from the object to be measured and accumulate charges corresponding to the amount of received light in each pixel becomes shorter. As a result, when the object to be measured is dark, sufficient charge is not accumulated, and proper measurement cannot be performed.

【0011】本発明は上記のような従来の問題点を解決
し、測定時間の短縮が可能で、かつ、暗い測定対象物を
適正に測定することができる光学式変位計を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an optical displacement meter capable of shortening the measurement time and appropriately measuring a dark object to be measured. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の光学式変位計
は、光源からの光を測定対象物に照射し、測定対象物か
らの反射光をイメージセンサで受光し、イメージセンサ
に蓄積された受光信号を所定のサンプリング周期で読み
出してディジタルデータに変換し、ディジタルデータに
基づいて測定対象物までの距離を算出する光学式変位計
であって、サンプリング周期を可変とすることによりイ
メージセンサに蓄積される受光信号の蓄積時間を可変と
したことを特徴とする。
An optical displacement meter according to the present invention irradiates light from a light source to an object to be measured, receives reflected light from the object to be measured by an image sensor, and accumulates the light in the image sensor. An optical displacement meter that reads out the received light signal at a predetermined sampling period, converts it into digital data, and calculates the distance to the object to be measured based on the digital data. The optical displacement meter accumulates in the image sensor by making the sampling period variable. The storage time of the received light signal is variable.

【0013】上記の構成によれば、明るい測定対象物を
短い測定時間で測定する必要があるときはサンプリング
周期を短く設定し、暗い測定対象物を測定するときはサ
ンプリング周期を長く設定することにより、いずれの場
合でも的確に測定対象物の変位を測定することができ
る。
According to the above configuration, when it is necessary to measure a bright measurement object in a short measurement time, the sampling period is set short, and when a dark measurement object is measured, the sampling period is set long. In any case, the displacement of the measuring object can be accurately measured.

【0014】好ましくは、イメージセンサの読み出し期
間に続けてダミー読み出し期間を付加することにより、
イメージセンサの画素ごとの転送速度を変えることなく
サンプリング周期を可変とする。これにより、受光信号
の周波数特性を変化させずにサンプリング周期を変え
て、高速測定(短い測定時間)に対応したり、暗い対象
物の測定に対応したりすることが容易にできる。この場
合、受光信号の周波数特性が変化しないので、例えば信
号処理回路のフィルタの時定数(遮断周波数)を変更す
る必要はない。
[0014] Preferably, a dummy reading period is added following the reading period of the image sensor.
The sampling period is made variable without changing the transfer speed for each pixel of the image sensor. This makes it easy to adapt to high-speed measurement (short measurement time) or to measure a dark object by changing the sampling period without changing the frequency characteristics of the received light signal. In this case, since the frequency characteristic of the light receiving signal does not change, it is not necessary to change, for example, the time constant (cutoff frequency) of the filter of the signal processing circuit.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図2は、本発明の実施形態に係る光学式変
位計の外観図である。図2中、(a)は平面図、(b)
は側面図である。この光学式変位計は、センサーヘッド
部21とコントローラ部22からなる。センサーヘッド
部21は、測定対象物27に照射するレーザ光を発する
レーザダイオードや測定対象物27からの反射光を受光
するCCDリニアセンサを内蔵する。コントローラ部2
2は、センサーヘッド部21の動作を制御すると共に、
CCDリニアセンサから得られた信号を処理して測定対
象物27までの距離(変位)を求め、出力する。
FIG. 2 is an external view of an optical displacement meter according to an embodiment of the present invention. 2, (a) is a plan view, (b)
Is a side view. This optical displacement meter includes a sensor head section 21 and a controller section 22. The sensor head unit 21 has a built-in laser diode that emits laser light to irradiate the measurement target 27 and a CCD linear sensor that receives light reflected from the measurement target 27. Controller 2
2 controls the operation of the sensor head unit 21 and
A signal obtained from the CCD linear sensor is processed to obtain a distance (displacement) to the measurement target 27 and output it.

【0017】センサーヘッド部21とコントローラ部2
2は、相互に電気信号をやりとりするためのケーブル2
3で接続されている。また、センサーヘッド部21は、
2本のボルト24を用いて所定の取付け台25に固定さ
れる。ボルト24が挿通される2箇所の取付け孔はいず
れもセンサーヘッド21の基準面26に沿って設けられ
ている。この基準面26は、測定用のレーザ光が出射
し、測定対象物27からの反射光が入射する面である。
The sensor head 21 and the controller 2
2 is a cable 2 for exchanging electric signals with each other
3 is connected. Also, the sensor head unit 21
It is fixed to a predetermined mounting table 25 using two bolts 24. Each of the two mounting holes through which the bolt 24 is inserted is provided along the reference surface 26 of the sensor head 21. The reference surface 26 is a surface from which the laser light for measurement is emitted and the reflected light from the measurement object 27 is incident.

【0018】つまり、レーザダイオードの出射面と、C
CDリニアセンサの受光面が基準面26の近くに配置さ
れており、この基準面26に沿ってセンサーヘッド部2
1が所定位置に固定されることになる。したがって、例
えば周囲温度の変化によってセンサーヘッド部21の筐
体が伸縮しても、それが基準面26(レーザダイオード
の出射面及びCCDリニアセンサの受光面)の位置に与
える影響は小さい。もしも基準面26の位置が変動する
と、測定対象物27と基準面26との相対距離が変動す
ることになり、測定精度の低下につながる。
That is, the emission surface of the laser diode and C
The light receiving surface of the CD linear sensor is disposed near the reference surface 26, and the sensor head 2 extends along the reference surface 26.
1 will be fixed at a predetermined position. Therefore, even if the housing of the sensor head 21 expands and contracts due to, for example, a change in the ambient temperature, the influence on the position of the reference surface 26 (the emission surface of the laser diode and the light receiving surface of the CCD linear sensor) is small. If the position of the reference plane 26 fluctuates, the relative distance between the measurement object 27 and the reference plane 26 fluctuates, leading to a decrease in measurement accuracy.

【0019】図3は、本実施形態の光学式変位計の主な
構成を示すブロック図である。センサーヘッド部21
は、レーザダイオード31とそのドライブ回路(LDド
ライバ)32、CCDリニアセンサ33とその駆動回路
(CCD駆動回路)34、投光レンズ35及び受光レン
ズ36を含む。コントローラ部22はローパスフィルタ
(LPF)41、ピークホールド回路42、ADコンバ
ータ43,47、マイクロプロセッサ44、DAコンバ
ータ45、AGC(自動利得制御)増幅器46及びリセ
ット回路48を含む。
FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of the optical displacement meter of the present embodiment. Sensor head 21
Includes a laser diode 31 and its drive circuit (LD driver) 32, a CCD linear sensor 33 and its drive circuit (CCD drive circuit) 34, a light projecting lens 35 and a light receiving lens 36. The controller section 22 includes a low-pass filter (LPF) 41, a peak hold circuit 42, AD converters 43 and 47, a microprocessor 44, a DA converter 45, an AGC (automatic gain control) amplifier 46, and a reset circuit 48.

【0020】レーザダイオード31から発せられたレー
ザ光は、投光レンズ35を通り測定対象物27を照射す
る。測定対象物27で反射したレーザ光の一部は、受光
レンズ36を通ってCCDリニアセンサ33に入射す
る。受光量と測定対象物27の相対位置に応じてCCD
リニアセンサ33に蓄積された電荷は、CCD駆動回路
34によって読み出され、時系列の電圧信号に変換され
る。
The laser light emitted from the laser diode 31 passes through the light projecting lens 35 and irradiates the object 27 to be measured. Part of the laser light reflected by the measurement target 27 passes through the light receiving lens 36 and enters the CCD linear sensor 33. CCD according to the amount of received light and the relative position of the measuring object 27
The electric charges accumulated in the linear sensor 33 are read out by the CCD driving circuit 34 and converted into time-series voltage signals.

【0021】CCD駆動回路34が所定の転送用クロッ
クをCCDリニアセンサ33に与えることにより、CC
Dリニアセンサ33は、各画素に蓄積された電荷を1画
素ずつ順番に転送する。例えば、CCDリニアセンサ3
3が256画素からなり、画素ごとの転送レートが1マ
イクロ秒の場合は、256マイクロ秒かかって全画素の
蓄積電荷が読み出され、CCD駆動回路34から時系列
の電圧信号として出力される。この全画素の蓄積電荷を
読み出すのに要する時間がサンプリング周期である。
When the CCD drive circuit 34 supplies a predetermined transfer clock to the CCD linear sensor 33,
The D linear sensor 33 sequentially transfers the charge stored in each pixel one pixel at a time. For example, CCD linear sensor 3
In the case where 3 is composed of 256 pixels and the transfer rate for each pixel is 1 microsecond, the accumulated charges of all the pixels are read out in 256 microseconds and output as time-series voltage signals from the CCD drive circuit 34. The time required to read out the accumulated charges of all the pixels is a sampling cycle.

【0022】CCD駆動回路34の出力信号は、コント
ローラ部22に渡され、まずローパスフィルタ41によ
って高周波成分を除かれる。この高周波成分には、CC
Dリニアセンサ33の転送レート成分が含まれる。
The output signal of the CCD drive circuit 34 is passed to the controller 22, where a high-frequency component is first removed by a low-pass filter 41. This high frequency component includes CC
The transfer rate component of the D linear sensor 33 is included.

【0023】図4は、CCD駆動回路34から出力され
た電圧信号がローパスフィルタ41及びピークホールド
回路42を経て変化していく様子を模式的に描いた図で
ある。CCD駆動回路34の出力信号51は、図に示す
ように、矩形波の連続であり、この矩形波の周波数がC
CDリニアセンサ33の転送レートに相当する。この出
力信号51がローパスフィルタ41を通過すると、転送
レートに相当する高周波成分が除かれ、その包絡線に相
当する低周波成分のみの電圧信号52となる。この電圧
信号52は、CCDリニアセンサ33の1次元位置(2
56画素中のどの画素か)に関する受光量の分布の情報
を含んでいる。電圧値が高いほど、その位置における受
光量が多いことを意味する。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating how the voltage signal output from the CCD drive circuit 34 changes through the low-pass filter 41 and the peak hold circuit 42. The output signal 51 of the CCD drive circuit 34 is a continuous rectangular wave as shown in FIG.
This corresponds to the transfer rate of the CD linear sensor 33. When the output signal 51 passes through the low-pass filter 41, the high-frequency component corresponding to the transfer rate is removed, and the voltage signal 52 includes only the low-frequency component corresponding to the envelope. This voltage signal 52 is transmitted to the one-dimensional position (2
Information on the distribution of the amount of received light with respect to which one of the 56 pixels). The higher the voltage value, the greater the amount of light received at that position.

【0024】ローパスフィルタ41から出力される電圧
信号52はピークホールド回路42に与えられる。ピー
クホールド回路42は電圧信号52のピーク値Vpを保
持し、第1のADコンバータ43に出力する。ADコン
バータ43はピーク値Vpをディジタル値に変換してマ
イクロプロセッサ44に与える。
The voltage signal 52 output from the low-pass filter 41 is applied to a peak hold circuit 42. The peak hold circuit 42 holds the peak value Vp of the voltage signal 52 and outputs it to the first AD converter 43. The AD converter 43 converts the peak value Vp into a digital value and provides the digital value to the microprocessor 44.

【0025】また、電圧信号52はAGC増幅器46で
増幅され、第2のADコンバータ47でディジタル値に
変換され、そのディジタル値がマイクロプロセッサ44
に逐次与えられる。AGC増幅器46は、増幅後の電圧
値が所定の範囲内に入るように、その利得が自動的に制
御される。
The voltage signal 52 is amplified by an AGC amplifier 46 and converted into a digital value by a second AD converter 47. The digital value is converted by the microprocessor 44
Are sequentially given to The gain of the AGC amplifier 46 is automatically controlled so that the amplified voltage value falls within a predetermined range.

【0026】マイクロプロセッサ44は、第1のADコ
ンバータ43を経て入力されるピークデータと第2のA
Dコンバータ47を経て入力される逐次データとに基づ
いて、受光量の重心値の位置を判定する。受光量の重心
値の位置が求まると、従来技術の説明で述べたように、
三角測量の原理から、測定対象物27までの距離(相対
距離又は変位)が求まる。
The microprocessor 44 receives the peak data input through the first AD converter 43 and the second A
The position of the barycentric value of the received light amount is determined based on the sequential data input through the D converter 47. Once the position of the center of gravity of the received light amount is determined, as described in the description of the related art,
From the principle of triangulation, the distance (relative distance or displacement) to the measurement target 27 is obtained.

【0027】なお、実際には、ノイズによる疑似ピーク
を除くために、第2のADコンバータ47の出力(ディ
ジタルデータ)は所定のしきい値と比較され、このしき
い値より大きいデータのみが有効なデータとみなされ
る。このようにして求められた測定対象物27までの距
離(相対距離又は変位)は、マイクロプロセッサ44か
らDAコンバータ45に与えられ、アナログ電圧に変換
されて出力される。
In practice, the output (digital data) of the second AD converter 47 is compared with a predetermined threshold value in order to eliminate spurious peaks due to noise, and only data larger than this threshold value is valid. Data. The distance (relative distance or displacement) to the measurement target 27 determined in this way is provided from the microprocessor 44 to the DA converter 45, converted into an analog voltage and output.

【0028】図3において、レーザダイオード31から
発せられるレーザ光の強さはLDドライバ32を介して
マイクロプロセッサ44によって制御される。レーザ光
の強さが変われば、測定対象物27で反射され、CCD
リニアセンサ33に入射する光量(受光量)も変化す
る。そこで、測定対象物27の光反射率(明るさ)に応
じてレーザダイオード31から発せられるレーザ光の強
さを調節することにより、CCDリニアセンサ33の受
光量の変化幅をできるだけ抑えるのである。具体的に
は、レーザダイオード31を駆動するパルスのデューテ
ィ比を変えることによって、レーザ光の強さが調節され
る。
In FIG. 3, the intensity of the laser beam emitted from the laser diode 31 is controlled by the microprocessor 44 via the LD driver 32. If the intensity of the laser beam changes, the laser beam is reflected by the object to be measured 27 and the CCD
The amount of light (the amount of received light) incident on the linear sensor 33 also changes. Therefore, by adjusting the intensity of the laser light emitted from the laser diode 31 in accordance with the light reflectance (brightness) of the measurement object 27, the variation width of the amount of light received by the CCD linear sensor 33 is suppressed as much as possible. Specifically, the intensity of the laser light is adjusted by changing the duty ratio of the pulse for driving the laser diode 31.

【0029】更に、本実施形態の光学式変位計はサンプ
リング周期を変えることができ、これによって、CCD
リニアセンサ33の各画素に蓄積される受光信号の蓄積
時間を変化させることができる。例えば、比較的明るい
対象物を高速で測定する必要がある場合はサンプリング
周期を短くする一方、暗い測定対象物を測定するときは
サンプリング周期を長くする。
Further, the optical displacement meter according to the present embodiment can change the sampling period, and
The accumulation time of the light reception signal accumulated in each pixel of the linear sensor 33 can be changed. For example, when it is necessary to measure a relatively bright object at high speed, the sampling period is shortened, while when a dark object to be measured is measured, the sampling period is lengthened.

【0030】図3において、リセット回路48からCC
D駆動回路に与えられるリセット信号の周期をマイクロ
プロセッサ44が制御することにより、サンプリング周
期を変える。前述のように、通常はCCDリニアセンサ
33の画素数(例えば256画素)と画素ごとの転送レ
ート(例えば1マイクロ秒)との積(256マイクロ
秒)がサンプリング周期であり、この周期ごとにリセッ
ト信号がCCD駆動回路に与えられる。CCD駆動回路
34は、このリセット信号が与えられると、CCDリニ
アセンサ33の読み出しを開始する。
Referring to FIG. 3, the reset circuit 48
The sampling cycle is changed by the microprocessor 44 controlling the cycle of the reset signal applied to the D drive circuit. As described above, the product (256 microseconds) of the number of pixels (for example, 256 pixels) of the CCD linear sensor 33 and the transfer rate (for example, 1 microsecond) of each pixel is usually a sampling period, and reset every period. The signal is provided to the CCD drive circuit. Upon receiving the reset signal, the CCD drive circuit 34 starts reading the CCD linear sensor 33.

【0031】しかし、本実施形態の光学式変位計では、
リセット回路48は必ずしも上記のサンプリング周期ご
とにリセット信号を出力せず、マイクロプロセッサ44
からの指令にしたがって、上記サンプリング周期の整数
倍の周期ごとにリセット信号を出力する。具体的には、
上記サンプリング周期の1倍、2倍、4倍、8倍、16
倍の中から選択された周期(以下、可変サンプリング周
期)ごとにリセット信号がCCD駆動回路34に与えら
れる。そして、画素ごとの転送レートを0.5マイクロ
秒に設定している。したがって、画素数が256のCC
Dリニアセンサ33を用いた場合、128マイクロ秒、
256マイクロ秒、512マイクロ秒、1024マイク
ロ秒、及び2048マイクロ秒の5通りの中から可変サ
ンプリング周期が選択されることになる。
However, in the optical displacement meter of this embodiment,
The reset circuit 48 does not necessarily output a reset signal for each of the above-described sampling periods.
, A reset signal is output at intervals of an integral multiple of the sampling period. In particular,
1 time, 2 times, 4 times, 8 times, 16 times of the above sampling period
A reset signal is supplied to the CCD drive circuit 34 at each cycle selected from the double (hereinafter, variable sampling cycle). Then, the transfer rate for each pixel is set to 0.5 microsecond. Therefore, the number of pixels is 256 CCs
When the D linear sensor 33 is used, 128 microseconds,
The variable sampling period will be selected from among five types of 256 microseconds, 512 microseconds, 1024 microseconds, and 2048 microseconds.

【0032】最も短い128マイクロ秒の可変サンプリ
ング周期がマイクロプロセッサ44によって選択された
場合、リセット回路48は128マイクロ秒ごとにリセ
ット信号をCCD駆動回路34に与える。CCD駆動回
路34は、CCDリニアセンサ33の全画素の蓄積電荷
を読み終えると直ぐに次のリセット信号が与えられ、新
たなCCD読み出しサイクルを直ぐに始める。この場合
が最も高速の測定となる。
If the shortest 128 microsecond variable sampling period is selected by microprocessor 44, reset circuit 48 provides a reset signal to CCD drive circuit 34 every 128 microseconds. The CCD drive circuit 34 receives the next reset signal immediately after reading the accumulated charges of all the pixels of the CCD linear sensor 33, and immediately starts a new CCD read cycle. This is the fastest measurement.

【0033】一方、例えば256マイクロ秒の可変サン
プリング周期がマイクロプロセッサ44によって選択さ
れた場合、リセット回路48は256マイクロ秒ごとに
リセット信号をCCD駆動回路34に与える。CCD駆
動回路34は、128マイクロ秒かかってCCDリニア
センサ33の全画素の蓄積電荷を読み終えると、残りの
128マイクロ秒間は何もせずに次のリセット信号が与
えられるのを待つ。つまり、128マイクロ秒の読み出
し期間と同じ長さの期間(いわば、ダミー読み出し期
間)が付加され、この間もCCDリニアセンサ33の各
画素に受光量に応じた電荷が蓄積される。
On the other hand, if the microprocessor 44 selects a variable sampling period of, for example, 256 microseconds, the reset circuit 48 supplies a reset signal to the CCD drive circuit 34 every 256 microseconds. When the CCD drive circuit 34 finishes reading the accumulated charges of all the pixels of the CCD linear sensor 33 in 128 microseconds, it does nothing for the remaining 128 microseconds and waits for the next reset signal. That is, a period (so-called dummy reading period) having the same length as the reading period of 128 microseconds is added, and even during this period, charges corresponding to the amount of received light are accumulated in each pixel of the CCD linear sensor 33.

【0034】CCDリニアセンサ33の各画素に蓄積さ
れる電荷量が、付加されたダミー読み出し期間の分だけ
増加するので、暗い対象物でも正確に測定できるように
なる。512マイクロ秒、あるいは1024マイクロ
秒、更には2048マイクロ秒の可変サンプリング周期
を選択すれば更に蓄積時間(蓄積される電荷量)が増加
し、暗い対象物の測定に有利となる。
The amount of charge stored in each pixel of the CCD linear sensor 33 increases by the added dummy readout period, so that even dark objects can be accurately measured. Selecting a variable sampling period of 512 microseconds, 1024 microseconds, or even 2048 microseconds further increases the accumulation time (the amount of accumulated electric charge), which is advantageous for measuring a dark object.

【0035】上述のように、本実施形態(第1実施形
態)の光学式変位計は、CCDリニアセンサ33の画素
ごとの転送レートを一定(0.5マイクロ秒)としなが
ら、ダミー読み出し期間の付加によってサンプリング周
期を可変としている。しかし、別実施形態(第2実施形
態)として、画素ごとの転送レートを変えることにより
サンプリング周期を可変としてもよい。もちろん、ダミ
ー読み出し期間の付加と可変転送レートの両方を組み合
わせてサンプリング周期を可変とすることも可能であ
る。
As described above, the optical displacement meter according to the present embodiment (first embodiment) sets the transfer rate of each pixel of the CCD linear sensor 33 to a constant value (0.5 microsecond) while maintaining the transfer rate for the dummy reading period. The sampling period is made variable by addition. However, as another embodiment (second embodiment), the sampling period may be made variable by changing the transfer rate for each pixel. Of course, it is also possible to make the sampling period variable by combining both the addition of the dummy read period and the variable transfer rate.

【0036】図5は、第1実施形態による可変サンプリ
ング周期と第2実施形態による可変サンプリング周期と
の相違点を説明するための信号波形図である。図5中、
(a)は第1実施形態、(b)は第2実施形態における
波形を示しており、これらの波形は、図4に示したロー
パスフィルタ41の出力信号52に相当する。
FIG. 5 is a signal waveform diagram for explaining the difference between the variable sampling period according to the first embodiment and the variable sampling period according to the second embodiment. In FIG.
(A) shows waveforms in the first embodiment, and (b) shows waveforms in the second embodiment, and these waveforms correspond to the output signal 52 of the low-pass filter 41 shown in FIG.

【0037】図5(a)から分かるように、第1実施形
態では、サンプリング周期を変えても、転送レートは変
化しないので、CCDリニアセンサ33の受光面におけ
る受光量の1次元分布に相当する電圧波形は変わらな
い。これに対して、図5(b)に示す第2実施形態で
は、サンプリング周期を2倍にすれば転送レートも2倍
になり、これに応じて電圧波形も時間軸方向に2倍に引
き延ばされる。
As can be seen from FIG. 5A, in the first embodiment, the transfer rate does not change even if the sampling period is changed, and thus corresponds to the one-dimensional distribution of the amount of light received on the light receiving surface of the CCD linear sensor 33. The voltage waveform does not change. On the other hand, in the second embodiment shown in FIG. 5B, if the sampling period is doubled, the transfer rate is also doubled, and accordingly, the voltage waveform is also doubled in the time axis direction. It is.

【0038】したがって、第2実施形態の場合は、サン
プリング周期を変更するのに伴って、図4におけるロー
パスフィルタ41の時定数(すなわち遮断周波数)を変
更する必要がある。この結果、ローパスフィルタ41の
設計が難しくなる。第1実施形態はサンプリング周期を
変更してもローパスフィルタ41の時定数(遮断周波
数)を変更する必要が無い点で、第2実施形態より優れ
ている。
Therefore, in the case of the second embodiment, it is necessary to change the time constant (that is, the cutoff frequency) of the low-pass filter 41 in FIG. 4 as the sampling period is changed. As a result, it becomes difficult to design the low-pass filter 41. The first embodiment is superior to the second embodiment in that it is not necessary to change the time constant (cutoff frequency) of the low-pass filter 41 even if the sampling period is changed.

【0039】なお、本発明の実施形態は上記の実施形態
に限らず、種々の設計変更が可能である。例えば、CC
Dイメージセンサは1次元のリニアセンサに限らず、2
次元のエリアセンサを用いてもよい。また、上記の実施
形態における転送レートやサンプリング周期の数値はあ
くまで具体例であって、これらの数値は任意に変更可能
である。選択し得る可変サンプリング周期の数も4個に
限るわけではない。
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes can be made. For example, CC
D image sensors are not limited to one-dimensional linear sensors.
A dimensional area sensor may be used. Further, the values of the transfer rate and the sampling period in the above embodiment are only specific examples, and these values can be arbitrarily changed. The number of variable sampling periods that can be selected is not limited to four.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光学式
変位計によれば、サンプリング周期を可変としたので、
明るい測定対象物を高速測定するときはサンプリング周
期を短く設定し、暗い測定対象物を測定するときはサン
プリング周期を長く設定することにより、いずれの場合
でも的確に測定対象物の変位を測定することができる。
As described above, according to the optical displacement meter of the present invention, since the sampling period is variable,
To measure the displacement of the measurement object accurately in any case, set the sampling period short when measuring a bright measurement object at high speed, and set the sampling period long when measuring a dark measurement object. Can be.

【0041】また、ダミー読み出し期間の付加によっ
て、CCDリニアセンサの画素ごとの転送レートを変え
ずにサンプリング周期を可変とした実施形態によれば、
CCDリニアセンサから読み出した信号の高周波成分を
除去するためのローパスフィルタの定数をサンプリング
周期に応じて変更する必要がない。
According to the embodiment in which the sampling period is made variable without changing the transfer rate for each pixel of the CCD linear sensor by adding the dummy reading period,
There is no need to change the constant of the low-pass filter for removing the high-frequency component of the signal read from the CCD linear sensor according to the sampling cycle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の光学式変位計の一例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional optical displacement meter.

【図2】本発明の実施形態に係る光学式変位計の外観図
である。
FIG. 2 is an external view of an optical displacement meter according to an embodiment of the present invention.

【図3】本実施形態の光学式変位計の主な構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a main configuration of an optical displacement meter according to the present embodiment.

【図4】CCD駆動回路から出力された電圧信号がロー
パスフィルタ及びピークホールド回路を経て変化してい
く様子を模式的に描いた図である。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating how a voltage signal output from a CCD driving circuit changes through a low-pass filter and a peak hold circuit.

【図5】第1実施形態による可変サンプリング周期と第
2実施形態による可変サンプリング周期との相違点を説
明するための信号波形図である。
FIG. 5 is a signal waveform diagram for explaining a difference between a variable sampling period according to the first embodiment and a variable sampling period according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 センサーヘッド部 22 コントローラ部 23 ケーブル 24 取付け用ボルト 25 取付け台 27 測定対象物 31 レーザダイオード 33 CCDリニアセンサ(イメージセンサ) 34 CCD駆動回路 35 投光レンズ 36 受光レンズ 41 ローパスフィルタ 44 マイクロプロセッサ 45 DAコンバータ 48 リセット回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Sensor head part 22 Controller part 23 Cable 24 Mounting bolt 25 Mounting stand 27 Object to be measured 31 Laser diode 33 CCD linear sensor (image sensor) 34 CCD drive circuit 35 Light emitting lens 36 Light receiving lens 41 Low pass filter 44 Microprocessor 45 DA Converter 48 reset circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA09 DD06 FF09 GG06 GG08 HH13 JJ02 JJ08 JJ25 LL04 NN02 NN12 NN13 NN18 PP22 QQ00 QQ01 QQ02 QQ03 QQ25 QQ28 QQ33 2F112 AA08 BA05 CA12 CA13 DA26 DA28 EA05 EA09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA06 AA09 DD06 FF09 GG06 GG08 HH13 JJ02 JJ08 JJ25 LL04 NN02 NN12 NN13 NN18 PP22 QQ00 QQ01 QQ02 QQ03 QQ25 QQ28 QQ33 2F112 AA08 BA05 CA12 DA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源からの光を測定対象物に照射し、前記
測定対象物からの反射光をイメージセンサで受光し、前
記イメージセンサに蓄積された受光信号を所定のサンプ
リング周期で読み出してディジタルデータに変換し、前
記ディジタルデータに基づいて前記測定対象物までの距
離を算出する光学式変位計であって、 前記サンプリング周期を可変とすることにより前記イメ
ージセンサに蓄積される受光信号の蓄積時間を可変とし
たことを特徴とする光学式変位計。
An object is illuminated with light from a light source, reflected light from the object is received by an image sensor, and a light receiving signal stored in the image sensor is read out at a predetermined sampling period to obtain a digital signal. An optical displacement meter that converts the data into data and calculates a distance to the object to be measured based on the digital data, wherein an accumulation time of a light reception signal accumulated in the image sensor by changing the sampling period. An optical displacement meter characterized by having a variable length.
【請求項2】前記イメージセンサの読み出し期間に続け
てダミー読み出し期間を付加することにより、前記イメ
ージセンサの画素ごとの転送速度を変えることなく前記
サンプリング周期を可変とした請求項1記載の光学式変
位計。
2. An optical system according to claim 1, wherein a sampling period is variable without changing a transfer speed of each pixel of said image sensor by adding a dummy reading period following said reading period of said image sensor. Displacement gauge.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101876534A (en) * 2009-04-30 2010-11-03 康宁股份有限公司 Measure the method and apparatus of the relative position of specular reflection surface
JP2011215036A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd Displacement sensor
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