JP2001159516A

JP2001159516A - 光学式変位計

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Publication number: JP2001159516A
Application number: JP34096199A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukai; 浩司深井
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4533482B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光を透過する測定対象物および光を透過しな
い測定対象物の両方の距離または変位を測定することが
できる光学式変位計を提供することである。【解決手段】モード設定スイッチ３５は動作モードと
してノーマルモードおよび表面反射モードを設定するた
めに用いられる。マイクロコンピュータ２３はモード設
定スイッチ３５により設定された動作モードを示すモー
ド設定信号ＭＤをデジタル処理回路３２に与える。デジ
タル処理回路３２は、モード設定信号ＭＤがノーマルモ
ードを示すときに受光信号に現れる１番目のピークを選
択し、モード設定信号ＭＤが表面反射モードを示すとき
に受光信号に現れる２番目のピークを選択する。マイク
ロコンピュータ２３は、デジタル処理回路３２により選
択されたピークの位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物との距
離または測定対象物の変位を測定する光学式変位計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】物体の移動量、物体の寸法等を測定する
ために、三角測量を応用した光学式変位計が用いられ
る。図７は従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構
成を示すブロック図である。

【０００３】図７において、ヘッド部１１０は、駆動回
路１０１、レーザダイオード１０２、投光レンズ１０
３、受光レンズ１０４およびＣＣＤ（電荷結合素子）１
次元イメージセンサ（以下、ＣＣＤリニアセンサと呼
ぶ）１０５を内蔵する。

【０００４】駆動回路１０１はレーザダイオード１０２
を駆動する。レーザダイオード１０２から出射されたレ
ーザ光は投光レンズ１０３を通して測定対象物１００に
照射される。測定対象物１００からの反射光が受光レン
ズ１０４を通してＣＣＤリニアセンサ１０５により受光
される。

【０００５】測定対象物１００の相対位置および受光量
に応じてＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面を構成する
各画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Ｘに
おいて一端部ｅ１の画素から他端部ｅ２の画素まで受光
量を示す受光信号として順に読み出される。

【０００６】図７に実線で示すように、測定対象物１０
０が測定範囲Ｌ内において光学式変位計のヘッド部１１
０に近い位置にある場合には、測定対象物１００からの
反射光によりＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の他端
部ｅ２に近い位置に光スポットが形成される。それによ
り、図８（ａ）に示すように、ＣＣＤリニアセンサ１０
５から出力される受光信号のピークが時間軸上で位置ｔ
１に現れる。

【０００７】図７に破線で示すように、測定対象物１０
０が測定範囲Ｌ内において光学式変位計のヘッド部１１
０から遠い位置にある場合には、測定対象物１００から
の反射光によりＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の一
端部ｅ１に近い位置に光スポットが形成される。それに
より、図８（ｂ）に示すように、ＣＣＤリニアセンサ１
０５から出力される受光信号のピークが時間軸上の位置
ｔ２に現れる。

【０００８】このように、測定対象物１００の位置に応
じて受光信号においてピークの現れる位置が異なる。し
たがって、受光信号のピークの位置を検出することによ
りヘッド部１１０と測定対象物１００との相対距離（変
位）を求めることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
光学式変位計においては、図９に示すように、測定対象
物１００上に反射率の高い障害物１００ａが存在する
と、レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光が
障害物１００ａで乱反射する。それにより、測定対象物
１００からの反射光Ｌ１および障害物１００ａからの反
射光Ｌ２がＣＣＤリニアセンサ１０５に入射し、受光面
上にそれぞれ光スポットを形成する。そのため、ＣＣＤ
リニアセンサ１０５から出力される受光信号には、図１
０に示すように、測定対象物１００からの反射光Ｌ１に
よるピークｐ１および障害物１００ａからの反射光Ｌ２
によるピークｐ２が現れる。

【００１０】障害物１００ａは必ず測定対象物１００よ
りもヘッド部１１０に近い側にあるため、ＣＣＤリニア
センサ１０５の一端部ｅ１の画素から他端部ｅ２の画素
まで走査方向Ｘに読み出しを行うと、受光信号において
常に測定対象物１００からの反射光Ｌ１によるピークが
最初に現れる。したがって、受光信号において１番目に
現れたピークの位置を求める処理によりヘッド部１１０
と測定対象物１００との相対距離（変位）を求めること
ができる。

【００１１】しかしながら、図１１に示すように、測定
対象物１００が透明な材料により形成されている場合に
は、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ３および裏
面からの反射光Ｌ４がＣＣＤリニアセンサ１０５に入射
する。この場合、ＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の
一端部ｅ１に近い位置に測定対象物１００の裏面からの
反射光Ｌ４による光スポットが形成され、他端部ｅ２に
近い位置に測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ３に
よる光スポットが形成される。

【００１２】それにより、図１２に示すように、受光信
号において時間軸上で測定対象物１００の裏面からの反
射光Ｌ４によるピークｐ４が１番目に現れ、測定対象物
１００の表面からの反射光Ｌ３によるピークｐ３が２番
目に現れる。そのため、上記のように、受光信号におい
て１番目に現れるピークの位置を求める処理によると、
測定対象物１００の表面の変位を求めることはできな
い。

【００１３】ＣＣＤリニアセンサ１０５から受光信号を
読み出すための走査方向Ｘを逆にすることはできないた
め、透明の測定対象物１００の表面の変位を測定する場
合には、図７のヘッド部１１０とは別に、ＣＣＤリニア
センサ１０５を１８０度回転させて取り付けたヘッド部
を用意する必要がある。すなわち、１台のヘッド部によ
り不透明の測定対象物および透明の測定対象物の両方を
測定することができない。

【００１４】本発明の目的は、光を透過する測定対象物
および光を透過しない測定対象物の両方の距離または変
位を測定することができる光学式変位計を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る光学式変位計は、測定対象物との距離または
該測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、
測定対象物に光を照射する光源と、列状に配列された複
数の画素を有し、測定対象物からの反射光を受光して各
画素での受光量を一端部の画素から他端部の画素まで順
に受光信号として読み出すイメージセンサと、所定レベ
ル以上のイメージセンサから読み出される受光信号をピ
ークとして認識するピーク認識手段と、ピーク認識手段
によって認識されたピークが複数の場合、位置検出を行
いたい所望のピークを選択するピーク選択手段と、ピー
ク選択手段によって選択されたピークのイメージセンサ
における位置を求めるピーク位置検出手段とを備えたも
のである。

【００１６】本発明に係る光学式変位計においては、光
源からの光が測定対象物に照射され、測定対象物からの
反射光がイメージセンサにより受光され、イメージセン
サの受光面に光スポットが形成される。イメージセンサ
の一端部の画素から他端部の画素まで各画素での受光量
が受光信号として順に読み出される。

【００１７】そして、イメージセンサから読み出される
所定レベル以上の受光信号がピークとして認識される。
認識されたピークが複数の場合、位置検出を行いたい所
望のピークが選択され、選択されたピークのイメージセ
ンサにおける位置が求められる。

【００１８】したがって、測定対象物が光を透過するか
否かに応じて選択すべきピークを予め設定することによ
り、光を透過する測定対象物および光を透過しない測定
対象物の両方の変位を測定することが可能となる。

【００１９】第２の発明に係る光学式変位計は、第１の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、イメージセンサに対して近接する位置に存在する
測定対象物の第１測定位置ならびに、該第１測定位置よ
りもイメージセンサに対し離れた位置にある測定対象物
の第２測定位置の各々からの反射光を受光するととも
に、第２測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端
部に近い位置に結像されるように配設されるものであ
る。

【００２０】この場合、イメージセンサに対して近接す
る第１測定位置およびイメージセンサに対して離れた第
２測定位置の各々からの反射光が受光されるとともに第
２測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近
い位置に結像されるようにイメージセンサが配置され
る。したがって、読み出し開始側の一端部に１番目に近
い位置に結像された反射光によるピークを選択すること
により第２測定位置を検出することができ、読み出し開
始側の一端部から２番目に近い位置に結像された反射光
によるピークを選択することにより測定対象物の第１測
定位置を検出することができる。

【００２１】第３の発明に係る光学式変位計は、第１の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サの測定領域において、読み出し開始側が読み出し終了
側よりも相対的に遠い位置に存在する測定対象物からの
反射光を受けることができるものである。

【００２２】この場合、イメージセンサに対して離れた
位置からの反射光がイメージセンサの測定領域において
読み出し開始側に結像され、イメージセンサに対して近
接する位置からの反射光がイメージセンサの測定領域に
おいて読み出し終了側に結像される。したがって、イメ
ージセンサの測定領域において読み出し開始側に結像さ
れた反射光によるピークを選択することによりイメージ
センサに対して相対的に遠い位置に存在する測定対象物
の位置を検出することができ、イメージセンサの測定領
域において読み出し終了側に結像された反射光によるピ
ークを選択することによりイメージセンサに対して相対
的に近い位置に存在する測定対象物の位置を検出するこ
とができる。

【００２３】第４の発明に係る光学式変位計は、第２の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光す
るとともに、ピーク選択手段は、読み出し開始側の一端
部から２番目の、第１測定位置からの反射によって生成
されるピークを選択するものである。

【００２４】この場合、イメージセンサの読み出し開始
側の一端部から２番目のピークを選択することにより、
透過性を有する測定対象物の表面の位置を検出すること
ができる。

【００２５】第５の発明に係る光学式変位計は、第２の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光す
るとともに、ピーク選択手段は、読み出し開始側の一端
部から１番目の、第２測定位置からの反射によって生成
されるピークを選択するものである。

【００２６】この場合、イメージセンサの読み出し開始
側の一端部から１番目のピークを選択することにより、
透過性を有する測定対象物の裏面の位置を検出すること
ができる。

【００２７】第６の発明に係る光学式変位計は、第３の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光す
るとともに、ピーク選択手段は、読み出し開始側から２
番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピー
クを選択するものである。

【００２８】この場合、イメージセンサの読み出し開始
側から２番目のピークを選択することにより、透過性を
有する測定対象物の表面の位置を検出することができ
る。

【００２９】第７の発明に係る光学式変位計は、第３の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光す
るとともに、ピーク選択手段は、読み出し開始側から１
番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピー
クを選択するものである。

【００３０】この場合、イメージセンサの読み出し開始
側から１番目のピークを選択することにより、透過性を
有する測定対象物の裏面の位置を検出することができ
る。

【００３１】第８の発明に係る光学式変位計は、第１の
発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセン
サは、複数箇所からの反射光を受光する際、イメージセ
ンサから最も離れた位置からの反射光が、読み出し開始
側の一端部に近い位置に結像されるように配設され、所
定の位置に設けられる非透過性の測定対象物の計測にお
いて、ピーク選択手段は、読み出し開始側の一端部から
１番目のピークを選択するものである。

【００３２】この場合、測定対象物の複数箇所からの反
射光が受光される際には、イメージセンサから最も離れ
た位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位
置に結像されるようにイメージセンサが配設される。非
透過性の測定対象物の計測においては、読み出し開始側
の一端部から１番目のピークが選択される。それによ
り、複数の反射光が得られる測定対象物および非透過性
の測定対象物の両方の距離または変位を共通の光学式変
位計により測定することが可能となる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
光学式変位計の構成を示すブロック図である。

【００３４】図１の光学式変位計はヘッド部１および本
体部２により構成される。ヘッド部１は、レーザダイオ
ード１１、駆動回路１２、ＣＣＤ１次元イメージセンサ
（以下、ＣＣＤリニアセンサと呼ぶ）１３、ＣＣＤ制御
回路１４、増幅回路１５、投光レンズ１６および受光レ
ンズ１７を含む。

【００３５】一方、本体部２は、ＬＰＦ（ローパスフィ
ルタ）・増幅回路２１、ピークホールド回路２２、マイ
クロコンピュータ２３およびＤ／Ａ変換器（デジタル／
アナログ変換器）２５を含む。マイクロコンピュータ２
３は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）２４
を内蔵する。また、本体部２は、ＡＧＣ（自動利得制
御）増幅器２６、ピークホールド回路２７、減算器２
８、誤差積分回路２９および基準電圧発生回路３０を含
む。さらに、本体部２は、クロック発生回路３３、電源
回路３４およびモード設定スイッチ３５を含む。

【００３６】マイクロコンピュータ２３は、レーザダイ
オード１１の点灯時間を制御するレーザダイオード駆動
パルス信号ＬＤを発生する。駆動回路１２は、レーザダ
イオード駆動パルス信号ＬＤに応答してレーザダイオー
ド１１を駆動する。この駆動回路１２は、例えば、レー
ザダイオード駆動パルス信号ＬＤの活性期間（例えばハ
イレベルの期間）にレーザダイオード１１に電流を供給
する。したがって、レーザダイオード駆動パルス信号Ｌ
Ｄのパルス幅に応じてレーザダイオード１１の点灯時間
が制御される。

【００３７】レーザダイオード１１から出射された光は
投光レンズ１６を通して測定対象物１００に照射され
る。測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１が受光
レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３により受光
される。測定対象物１００が透明な材料により形成され
ている場合には、測定対象物１００の裏面からの反射光
Ｌ１２も受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１
３により受光される。

【００３８】測定対象物１００の相対位置および受光量
に応じてＣＣＤリニアセンサ１３の受光面を構成する各
画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Ｘにお
いて一端部Ｅ１の画素から他端部Ｅ２の画素まで受光量
を示す受光信号として順に読み出される。

【００３９】ＣＣＤリニアセンサ１３から出力される受
光信号は増幅回路１５により増幅され、増幅された受光
信号ＬＳ０が本体部２のＬＰＦ・増幅回路２１に出力さ
れる。ＣＣＤ制御回路１４は、クロック発生回路３３に
より発生されるクロック信号ＣＫに同期してＣＣＤリニ
アセンサ１３の動作を制御する。

【００４０】ＬＰＦ・増幅回路２１は、増幅回路１５か
ら出力された受光信号ＬＳ０の高周波成分を除去すると
ともにその受光信号ＬＳ０を増幅し、受光信号ＬＳ１と
して出力する。

【００４１】ＡＧＣ増幅器２６は、ＬＰＦ・増幅回路２
１から出力された受光信号ＬＳ１を増幅し、受光信号Ｌ
Ｓ２として出力する。Ａ／Ｄ変換器３１は、ＡＧＣ増幅
器２６から出力された受光信号ＬＳ２をアナログ／デジ
タル変換し、受光データＤ０を出力する。デジタル処理
回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力された受光デー
タＤ０のうちある一定のしきい値以上のデータをピーク
データＤ１として出力する。マイクロコンピュータ２３
は、デジタル処理回路３２から出力されたピークデータ
Ｄ１に基づいてピークの位置を検出する。

【００４２】マイクロコンピュータ２３により検出され
たピークの位置のデータは変位の測定結果としてＤ／Ａ
変換器２５に出力される。Ｄ／Ａ変換器２５はピークの
位置のデータをアナログ信号に変換し、測定結果として
外部または表示部（図示せず）に出力する。

【００４３】モード設定スイッチ３５は、ユーザが光学
式変位計の動作モードを設定するために用いられる。本
実施例の光学式変位計は、動作モードとして不透明の測
定対象物を測定するためのノーマルモードおよび透明の
測定対象物を測定するための表面反射モードを有する。

【００４４】マイクロコンピュータ２３は、モード設定
スイッチ３５により設定された動作モードを示すモード
設定信号ＭＤをデジタル処理回路３２に与える。デジタ
ル処理回路３２は、モード設定信号ＭＤがノーマルモー
ドを示すときに１番目のピークを選択し、モード設定信
号ＭＤが表面反射モードを示すときに２番目のピークを
選択する。また、デジタル処理回路３２は、マイクロコ
ンピュータ２３から与えられるモード設定信号ＭＤに基
づいてピークホールド回路２２，２７にリセット信号Ｒ
Ｓおよびサンプルホールド信号ＳＨを出力する。

【００４５】本体部２において、ＬＰＦ・増幅回路２
１、ピークホールド回路２２、マイクロコンピュータ２
３およびＡ／Ｄ変換器２４がデューティサイクル制御ル
ープを構成する。このデューティサイクル制御ループ
は、受光信号ＬＳ０のピーク電圧が所定のレベルになる
ようにレーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのデューテ
ィサイクルをフィードバック制御する。

【００４６】ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅
回路２１から出力される受光信号ＬＳ１のピーク電圧を
保持するとともにサンプルホールド信号ＳＨに応答して
サンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ１として
出力する。Ａ／Ｄ変換器２４は、ピークホールド回路２
２から出力されるピークホールド電圧Ｖｐ１をデジタル
データに変換する。

【００４７】マイクロコンピュータ２３は、ピークホー
ルド電圧Ｖｐ１のデジタルデータとマイクロコンピュー
タ２３内部に予め設定されたデジタルデータとを比較
し、両者が等しくなるようにレーザダイオード駆動パル
ス信号ＬＤのデューティサイクルを制御する。ここで、
レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのデューティサイ
クルは、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのパルス
幅を周期で割った値である。

【００４８】また、ＬＰＦ・増幅回路２１、ＡＧＣ増幅
器２６、ピークホールド回路２７、減算器２８、誤差積
分回路２９および基準電圧発生回路３０がＡＧＣ（自動
利得制御）ループを構成する。このＡＧＣループは、Ａ
ＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２のピーク
電圧が所定のレベルになるようにＡＧＣ増幅器２６の利
得（増幅率）をフィードバック制御する。

【００４９】ＡＧＣ増幅器２６は、ＬＰＦ・増幅回路２
１から出力された受光信号ＬＳ１を増幅する。ピークホ
ールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２６から出力された受
光信号ＬＳ２のピーク電圧を保持するとともにサンプル
ホールド信号ＳＨに応答してサンプルホールドしてピー
クホールド電圧Ｖｐ２として出力する。一方、基準電圧
発生回路３０は、所定の基準電圧Ｖｒを発生する。

【００５０】減算器２８は、基準電圧Ｖｒとピークホー
ルド電圧Ｖｐ２との差を誤差信号として出力する。誤差
積分回路２９は、誤差信号を積分し、積分された誤差信
号を制御電圧としてＡＧＣ増幅器２６に与える。これに
より、制御電圧に基づいてＡＧＣ増幅器２６から出力さ
れる受光信号ＬＳ２のピーク電圧が基準電圧Ｖｒと等し
くなるように、ＡＧＣ増幅器２６の利得が制御される。

【００５１】このように、デューティサイクル制御ルー
プとは独立にＡＧＣループが構成されているので、デュ
ーティサイクル制御ループのデューティ比の制御および
ＡＧＣループにおけるＡＧＣ増幅器２６の利得の制御が
単純かつ容易となり、安定した測定が可能となる。

【００５２】本実施例では、レーザダイオード１１が光
源に相当し、ＣＣＤリニアセンサ１３がイメージセンサ
に相当する。また、デジタル処理回路３２がピーク認識
手段に相当し、モード設定スイッチ３５およびデジタル
処理回路３２がピーク選択手段に相当し、マイクロコン
ピュータ２３がピーク位置検出手段に相当する。

【００５３】図２は図１の光学式変位計におけるノーマ
ルモード時の動作を示す信号波形図、図３は図１の光学
式変位計における表面反射モード時の動作を示す信号波
形図である。

【００５４】図１の測定対象物１００が不透明の場合に
は、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１が受光
レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射し、
受光面上に光スポットを形成する。それにより、図２に
示すように、増幅回路１５から出力される受光信号ＬＳ
０において測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１
による１番目のピークＰＫ１が現れる。

【００５５】このとき、図９に示したように、測定対象
物１００上に反射率の高い障害物が存在する場合には、
障害物からの反射光も受光レンズ１７を通してＣＣＤリ
ニアセンサ１３に入射し、受光面上に光スポットを形成
する。それにより、図２に示すように、増幅回路１５か
ら出力される受光信号ＬＳ０において障害物からの反射
光による２番目のピークＰＫ２が現れる。

【００５６】同様に、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力さ
れる受光信号ＬＳ１およびＡＧＣ増幅器２６から出力さ
れる受光信号ＬＳ２にも２つのピークが現れる。それに
より、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０
において１番目のピークｐｋ１および２番目のピークｐ
ｋ２が現れる。

【００５７】デジタル処理回路３２は、受光データＤ０
において１番目のピークｐｋ１を選択し、選択されたピ
ークｐｋ１のデータのうち所定のしきい値Ｔｈよりも大
きい値を有するデータを抽出し、ピークデータＤ１とし
て出力する。具体的には、デジタル処理回路３２は、受
光データＤ０の選択された１番目のピークｐｋ１のデー
タからしきい値Ｔｈを減算し、０よりも大きいデータの
みをピークデータＤ１とする。マイクロコンピュータ２
３は、デジタル処理回路３２から出力されるピークデー
タＤ１の重心の位置Ｐ１を算出する。

【００５８】ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅
回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において１番目
のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持す
る。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２
６から出力される受光信号ＬＳ２において１番目のピー
クの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。

【００５９】この場合、デジタル処理回路３２から出力
されるリセット信号ＲＳは、ローレベルのまま変化しな
い。デジタル処理回路３２からピークホールド回路２
２，２７に与えられるサンプルホールド信号ＳＨは、１
番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上が
る。それにより、ピークホールド回路２２，２７は、１
番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧ＶＰ１，
ＶＰ２をサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ
１，Ｖｐ２として出力し続ける。

【００６０】図１の測定対象物１００が透明の場合に
は、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１および
裏面からの反射光Ｌ１２が受光レンズ１７を通してＣＣ
Ｄリニアセンサ１３に入射し、受光面上にそれぞれ光ス
ポットを形成する。それにより、図３に示すように、増
幅回路１５から出力される受光信号ＬＳ０において測定
対象物１００の裏面からの反射光Ｌ１２による１番目の
ピークＰＫ３および表面からの反射光Ｌ１１による２番
目のピークＰＫ４が順に現れる。

【００６１】同様に、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力さ
れる受光信号ＬＳ１およびＡＧＣ増幅器２６から出力さ
れる受光信号ＬＳ２にも２つのピークが現れる。それに
より、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０
において１番目のピークｐｋ３および２番目のピークｐ
ｋ４が現れる。

【００６２】デジタル処理回路３２は、受光データＤ０
において２番目のピークｐｋ４を選択し、選択されたピ
ークｐｋ４のデータのうち所定のしきい値Ｔｈよりも大
きい値を有するデータを抽出し、ピークデータＤ１とし
て出力する。具体的には、デジタル処理回路３２は、受
光データＤ０の選択された２番目のピークｐｋ４のデー
タからしきい値Ｔｈを減算し、０よりも大きいデータの
みをピークデータＤ１とする。マイクロコンピュータ２
３は、デジタル処理回路３２から出力されるピークデー
タＤ１の重心の位置Ｐ２を算出する。

【００６３】ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅
回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において１番目
のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持す
る。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２
６から出力される受光信号ＬＳ２において１番目のピー
クの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。

【００６４】その後、デジタル処理回路３２から出力さ
れるリセット信号ＲＳが、ローレベルからハイレベルに
変化する。リセット信号ＲＳの立ち上がりに応答してピ
ークホールド回路２２，２７がリセットされ、ピークホ
ールド回路２２，２７の保持電圧ＶＰ１，ＶＰ２が０と
なる。そして、ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増
幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において２番
目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持す
る。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２
６から出力される受光信号ＬＳ２において２番目のピー
クの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。この
場合、デジタル処理回路３２からピークホールド回路２
２，２７に与えられるサンプルホールド信号ＳＨは、２
番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上が
る。それにより、ピークホールド回路２２，２７は、２
番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧ＶＰ１，
ＶＰ２をサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ
１，Ｖｐ２として出力する。

【００６５】図４は図１のデジタル処理回路３２の動作
を示すフローチャートである。デジタル処理回路３２
は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０に
おいて１番目のピークを検出する（ステップＳ１）。受
光データＤ０において１番目のピークが検出された場合
には、デジタル処理回路３２はモード設定信号ＭＤに基
づいて動作モードが表面反射モードに設定されているか
否かを判別する（ステップＳ２）。

【００６６】動作モードが表面反射モードに設定されて
いる場合には、デジタル処理回路３２はハイレベルのリ
セット信号ＲＳをピークホールド回路２２，２７に出力
する（ステップＳ３）。それにより、ピークホールド回
路２２，２７がリセットされる。

【００６７】その後、デジタル処理回路３２は、Ａ／Ｄ
変換器３１から出力される受光データＤ０において２番
目のピークを検出する（ステップＳ４）。受光データＤ
０において２番目のピークが検出された場合には、デジ
タル処理回路３２は２番目のピークを選択し、そのピー
クに対応するピークデータＤ１をマイクロコンピュータ
２３に出力する（ステップＳ５）。それにより、マイク
ロコンピュータ２３は、２番目のピークの位置を算出
し、その算出結果をＤ／Ａ変換器２５を通して外部また
は表示部に出力する。

【００６８】一方、ステップＳ２において、動作モード
がノーマルモードに設定されている場合には、デジタル
処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光
データＤ０において１番目のピークを選択し、選択され
たピークに対応するピークデータＤ１をマイクロコンピ
ュータ２３に出力する（ステップＳ６）。それにより、
マイクロコンピュータ２３は、１番目のピークの位置を
算出し、その算出結果をＤ／Ａ変換器２５を通して外部
または表示部に出力する。

【００６９】なお、ステップＳ１において所定時間内に
１番目のピークが検出されなかった場合、およびステッ
プＳ４において所定時間内に２番目のピークが検出され
なかった場合には、デジタル処理回路３２はエラー信号
をマイクロコンピュータ２３に出力する（ステップＳ
７）。それにより、マイクロコンピュータ２３は、エラ
ー信号をＤ／Ａ変換器２５を通して外部または表示部に
出力する。

【００７０】上記のように、本実施例の光学式変位計に
おいては、動作モードの設定を変更することにより、透
明の測定対象物および不透明の測定対象物の両方の変位
を共通のヘッド部１を用いて測定することができる。し
たがって、共通のヘッド部１を用いて測定可能な測定対
象物の範囲が広がる。また、ヘッド部１の組み立て作業
において、２種類のヘッド部１を組み立てる必要がなく
なるので、作業時間が大幅に短縮される。

【００７１】なお、上記実施例の光学式変位計はノーマ
ルモードおよび表面反射モードの２つの動作モードを有
しているが、光学式変位計が３つ以上の動作モードを有
してもよい。

【００７２】例えば、図５に示すように、測定対象物１
００がガラス板等の２つの透明体１００Ａ，１００Ｂの
積層構造からなる場合には、透明体１００Ｂの表面から
の反射光Ｌ１１、透明体１００Ｂの裏面からの反射光Ｌ
１２および透明体１００Ａの裏面からの反射光Ｌ１３が
受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射
し、受光面上に３つの光スポットを形成する。

【００７３】それにより、図６に示すように、受光信号
において透明体１００Ａの裏面からの反射光Ｌ１３によ
る１番目のピークＰＫ１３、透明体１００Ｂの裏面から
の反射光Ｌ１２による２番目のピークＰＫ１２および透
明体１００Ｂの表面からの反射光Ｌ１１による３番目の
ピークＰＫ１１が現れる。

【００７４】このような場合には、図１のモード設定ス
イッチ３５により１番目のピークＰＫ１３を選択する第
１の動作モード、２番目のピークＰＫ１２を選択する第
２の動作モードおよび３番目のピークＰＫ１１を選択す
る第３の動作モードを設定可能とすることにより、透明
体１００Ａの裏面、透明体１００Ｂの裏面および透明体
１００Ｂの表面の変位を１つのヘッド部１により測定す
ることが可能となる。同様に、受光信号において４つ以
上のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれかを
選択する４つ以上の動作モードを設定可能とすることも
できる。

【００７５】なお、上記実施例では、ヘッド部１に対し
て遠い位置からの反射光による受光信号のピークから順
に読み出されるようにＣＣＤリニアセンサ１３が配置さ
れているが、複数の位置からの反射光による受光信号の
ピークとＣＣＤリニアセンサ１３からのピークの読み出
し順序との関係はこれに限定されず、受光信号において
複数のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれか
を選択する複数の動作モードを設定可能に構成すること
ができる。例えば、ヘッド部１に対して近い位置からの
反射光による受光信号のピークから順に読み出されるよ
うにＣＣＤリニアセンサ１３を配置してもよい。

【００７６】上記実施例においては、光源としてレーザ
ダイオード１１が用いられているが、光源として発光ダ
イオード等の他の発光素子を用いてもよい。さらに、上
記実施例では、イメージセンサとしてＣＣＤ１次元イメ
ージセンサ１３が用いられているが、イメージセンサと
してＣＣＤ２次元イメージセンサを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光学式変位計の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１の光学式変位計におけるノーマルモード時
の動作を示す信号波形図である。

【図３】図１の光学式変位計における表面反射モード時
の動作を示す信号波形図である。

【図４】図１の光学式変位計のデジタル処理回路の動作
を示すフローチャートである。

【図５】３つの動作モードを有する光学式変位計を説明
するための図である。

【図６】３つの動作モードを有する光学式変位計におけ
る受光信号を示す図である。

【図７】従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構成
を示す図である。

【図８】図７の光学式変位計における受光信号を示す図
である。

【図９】図７の光学式変位計による障害物を有する測定
対象物の測定を示す図である。

【図１０】図７の光学式変位計により障害物を有する測
定対象物を測定した場合の受光信号を示す図である。

【図１１】図７の光学式変位計による透明の測定対象物
の測定を示す図である。

【図１２】図７の光学式変位計により透明の測定対象物
を測定した場合の受光信号を示す図である。

【符号の説明】

１ヘッド部２本体部１１レーザダイオード１２駆動回路１３ＣＣＤリニアセンサ２１ＬＰＦ・増幅回路２２，２７ピークホールド回路２３マイクロコンピュータ２４，３１Ａ／Ｄ変換器２６ＡＧＣ増幅器３２デジタル処理回路３５モード設定スイッチ１００測定対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA07 BB01 BB23 FF09 GG06 GG07 GG12 HH13 JJ02 JJ03 JJ08 JJ25 JJ26 KK02 PP22 QQ02 QQ03 QQ14 QQ29 UU05 2F112 AA08 BA03 CA13 FA03 FA05 FA29 FA50 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物との距離または該測定対象物
の変位を測定する光学式変位計であって、前記測定対象物に光を照射する光源と、列状に配列された複数の画素を有し、前記測定対象物か
らの反射光を受光して各画素での受光量を一端部の画素
から他端部の画素まで順に受光信号として読み出すイメ
ージセンサと、所定レベル以上の前記イメージセンサから読み出される
受光信号をピークとして認識するピーク認識手段と、前記ピーク認識手段によって認識されたピークが複数の
場合、位置検出を行いたい所望のピークを選択するピー
ク選択手段と、前記ピーク選択手段によって選択されたピークの前記イ
メージセンサにおける位置を求めるピーク位置検出手段
とを備えたことを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】前記イメージセンサは、イメージセンサ
に対して近接する位置に存在する前記測定対象物の第１
測定位置ならびに、該第１測定位置よりもイメージセン
サに対し離れた位置にある前記測定対象物の第２測定位
置の各々からの反射光を受光するとともに、前記第２測
定位置からの反射光が読み出し開始側の前記一端部に近
い位置に結像されるように配設されることを特徴とする
請求項１記載の光学式変位計。
【請求項３】前記イメージセンサの測定領域におい
て、読み出し開始側が読み出し終了側よりも相対的に遠
い位置に存在する測定対象物からの反射光を受けること
ができることを特徴とする請求項１記載の光学式変位
計。
【請求項４】前記イメージセンサは、透過性を有する
測定対象物からの反射光を受光するとともに、前記ピーク選択手段は、前記読み出し開始側の前記一端
部から２番目の、前記第１測定位置からの反射によって
生成されるピークを選択することを特徴とする請求項２
記載の光学式変位計。
【請求項５】前記イメージセンサは、透過性を有する
測定対象物からの反射光を受光するとともに、前記ピーク選択手段は、前記読み出し開始側の前記一端
部から１番目の、前記第２測定位置からの反射によって
生成されるピークを選択することを特徴とする請求項２
記載の光学式変位計。
【請求項６】前記イメージセンサは、透過性を有する
測定対象物からの反射光を受光するとともに、前記ピーク選択手段は、前記読み出し開始側から２番目
の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピー
クを選択することを特徴とする請求項３記載の光学式変
位計。
【請求項７】前記イメージセンサは、透過性を有する
測定対象物からの反射光を受光するとともに、前記ピーク選択手段は、前記読み出し開始側から１番目
の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピー
クを選択することを特徴とする請求項３記載の光学式変
位計。
【請求項８】前記イメージセンサは、複数箇所からの
反射光を受光する際、イメージセンサから最も離れた位
置からの反射光が、読み出し開始側の前記一端部に近い
位置に結像されるように配設され、所定の位置に設けら
れる非透過性の測定対象物の計測において、前記ピーク
選択手段は、前記読み出し開始側の前記一端部から１番
目のピークを選択することを特徴とする請求項１記載の
光学式変位計。