JP2002071310A - 光学式変位測定装置及びその測定方法 - Google Patents
光学式変位測定装置及びその測定方法Info
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- JP2002071310A JP2002071310A JP2000256640A JP2000256640A JP2002071310A JP 2002071310 A JP2002071310 A JP 2002071310A JP 2000256640 A JP2000256640 A JP 2000256640A JP 2000256640 A JP2000256640 A JP 2000256640A JP 2002071310 A JP2002071310 A JP 2002071310A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光素子の光量を短時間で補正することのでき
る光電式変位測定装置及びその測定方法を提供すること
にある。 【解決手段】発光素子１の放射光を投光レンズ２に通す
ことにより得たビーム光が被測定物体Ｂに照射され、被
測定物体Ｂで反射された拡散反射光の一部を受光レンズ
３で集光することにより、ＣＣＤ素子４の受光面にスポ
ット光を照射させる。ＣＣＤ素子４の受光面には複数の
受光セルが一定のピッチで配列されており、変位検出部
５ａは、各受光セルの出力からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位から被測定物体の変位を求め
る。また、何れかの受光セルの出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂは各受光セルの出力を配列順に並べた
出力波形から出力のピーク値を推定し、推定したピーク
値が受光セルの出力範囲内となるよう光量制御部５ｃが
発光素子１の光量を制御する。
る光電式変位測定装置及びその測定方法を提供すること
にある。 【解決手段】発光素子１の放射光を投光レンズ２に通す
ことにより得たビーム光が被測定物体Ｂに照射され、被
測定物体Ｂで反射された拡散反射光の一部を受光レンズ
３で集光することにより、ＣＣＤ素子４の受光面にスポ
ット光を照射させる。ＣＣＤ素子４の受光面には複数の
受光セルが一定のピッチで配列されており、変位検出部
５ａは、各受光セルの出力からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位から被測定物体の変位を求め
る。また、何れかの受光セルの出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂは各受光セルの出力を配列順に並べた
出力波形から出力のピーク値を推定し、推定したピーク
値が受光セルの出力範囲内となるよう光量制御部５ｃが
発光素子１の光量を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物体までの
距離やその変位を測定する光学式変位測定装置及びその
測定方法に関するものである。
距離やその変位を測定する光学式変位測定装置及びその
測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、図５に示すように、半導体レ
ーザのような発光素子１から放射された光を投光レンズ
２を通すことにより得たビーム光を被測定物体Ｂに照射
し、被測定物体Ｂからの拡散反射光を受光光学系である
受光レンズ３を通してＰＳＤのような光位置検出素子
４’で受光することにより、三角測量法の原理を用いて
被測定物体Ｂまでの距離（あるいは基準位置からの変
位）を求めるようにした光学式変位測定装置Ａが知られ
ている。この変位測定装置では、被測定物体Ｂで反射さ
れた拡散反射光が受光レンズ３により集光され光位置検
出素子４’の受光面に結像して、スポット光を形成し、
被測定物体Ｂまでの距離が変化するとスポット光の形成
される位置が変化することを利用し、被測定物体Ｂまで
の距離を検出している（例えば特開平９−３１８３２２
号公報参照）。
ーザのような発光素子１から放射された光を投光レンズ
２を通すことにより得たビーム光を被測定物体Ｂに照射
し、被測定物体Ｂからの拡散反射光を受光光学系である
受光レンズ３を通してＰＳＤのような光位置検出素子
４’で受光することにより、三角測量法の原理を用いて
被測定物体Ｂまでの距離（あるいは基準位置からの変
位）を求めるようにした光学式変位測定装置Ａが知られ
ている。この変位測定装置では、被測定物体Ｂで反射さ
れた拡散反射光が受光レンズ３により集光され光位置検
出素子４’の受光面に結像して、スポット光を形成し、
被測定物体Ｂまでの距離が変化するとスポット光の形成
される位置が変化することを利用し、被測定物体Ｂまで
の距離を検出している（例えば特開平９−３１８３２２
号公報参照）。
【０００３】ここで、発光素子１から被測定物体Ｂまで
の距離がＲｃの時のスポット光の位置をＰ１、反射角を
θ、距離が（Ｒｃ＋Δｒ）の時のスポット光の位置をＰ
２とし、受光レンズ３から光位置検出素子４’までの距
離をｆとすると、被測定物体Ｂの変位Δｒと、スポット
光の位置の変化分ΔＸ（＝Ｐ２−Ｐ１）との間には次式
のような関係が成り立つ。
の距離がＲｃの時のスポット光の位置をＰ１、反射角を
θ、距離が（Ｒｃ＋Δｒ）の時のスポット光の位置をＰ
２とし、受光レンズ３から光位置検出素子４’までの距
離をｆとすると、被測定物体Ｂの変位Δｒと、スポット
光の位置の変化分ΔＸ（＝Ｐ２−Ｐ１）との間には次式
のような関係が成り立つ。
【０００４】 ΔＸ＝ａ×Δｒ／（ｂ＋Δｒ） …（１） 但し、ａ＝ｆ×ｔａｎθ、ｂ＝Ｒｃ／ｃｏｓ2θとす
る。
る。
【０００５】従って、光位置検出素子４’の受光面にお
けるスポット光の位置を検出すれば、そのスポット光の
位置から被測定物体Ｂまでの距離（Ｒｃ＋Δｒ）、すな
わち基準位置からの変位Δｒを検出することができる。
けるスポット光の位置を検出すれば、そのスポット光の
位置から被測定物体Ｂまでの距離（Ｒｃ＋Δｒ）、すな
わち基準位置からの変位Δｒを検出することができる。
【０００６】ところで、図６に示すように光位置検出素
子４’としてＣＣＤ素子（電荷結合素子）４を用いた光
学式変位測定装置Ａも従来より知られている。図７
（ａ）はＣＣＤ素子４の受光面１２を示しており、ＣＣ
Ｄ素子４の受光面１２にはＰＮ接合からなる複数の受光
セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎが、被測定物体Ｂの変位によりス
ポット光Ｄの位置が変化する方向に沿って一列に一定の
ピッチで配列されている。
子４’としてＣＣＤ素子（電荷結合素子）４を用いた光
学式変位測定装置Ａも従来より知られている。図７
（ａ）はＣＣＤ素子４の受光面１２を示しており、ＣＣ
Ｄ素子４の受光面１２にはＰＮ接合からなる複数の受光
セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎが、被測定物体Ｂの変位によりス
ポット光Ｄの位置が変化する方向に沿って一列に一定の
ピッチで配列されている。
【０００７】ＣＣＤ制御回路６は、ＣＰＵ５から入力さ
れる制御信号に応じて、ＣＣＤ素子４の動作を制御して
おり、所定のタイミングでＣＣＤ素子４の各受光セルＣ
１…に光電変換を行わせた後、各受光セルＣ１…に蓄積
された電荷をＣＣＤ信号処理回路７へ順番に出力させ
る。ＣＣＤ信号処理回路７は、ＣＣＤ素子４から入力さ
れた各受光セルＣ１…の出力信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換
回路８がＡ／Ｄ変換を行ってＣＰＵ５に出力する。ま
た、光量制御回路１０はＣＰＵ５から入力されるフィー
ドバック信号Ｓ１に応じて発光素子１の出力を制御して
いる。
れる制御信号に応じて、ＣＣＤ素子４の動作を制御して
おり、所定のタイミングでＣＣＤ素子４の各受光セルＣ
１…に光電変換を行わせた後、各受光セルＣ１…に蓄積
された電荷をＣＣＤ信号処理回路７へ順番に出力させ
る。ＣＣＤ信号処理回路７は、ＣＣＤ素子４から入力さ
れた各受光セルＣ１…の出力信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換
回路８がＡ／Ｄ変換を行ってＣＰＵ５に出力する。ま
た、光量制御回路１０はＣＰＵ５から入力されるフィー
ドバック信号Ｓ１に応じて発光素子１の出力を制御して
いる。
【０００８】図７（ｂ）は、ＣＣＤ素子４の受光面１２
にスポット光Ｄが照射された時の各受光セルＣ１、Ｃ２
…Ｃｎの出力を示しており、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃ
ｎは入射した光エネルギーに相当する大きさの出力を発
生するので、その出力はスポット光Ｄの中心位置に近い
ほど大きくなる。したがって、ＣＰＵ５では、受光セル
Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置や、
受光量分布の中心位置を演算により求めるなどしてスポ
ット光Ｄの中心位置を検出しており、スポット光Ｄの中
心位置から上述の方法で発光素子１と被測定物体Ｂとの
間の距離を求めている。そして、ＣＰＵ５は、被測定物
体Ｂまでの距離に相当する信号をＤ／Ａ変換回路９に出
力し、Ｄ／Ａ変換回路９がアナログ信号に変換して外部
に出力する。
にスポット光Ｄが照射された時の各受光セルＣ１、Ｃ２
…Ｃｎの出力を示しており、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃ
ｎは入射した光エネルギーに相当する大きさの出力を発
生するので、その出力はスポット光Ｄの中心位置に近い
ほど大きくなる。したがって、ＣＰＵ５では、受光セル
Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置や、
受光量分布の中心位置を演算により求めるなどしてスポ
ット光Ｄの中心位置を検出しており、スポット光Ｄの中
心位置から上述の方法で発光素子１と被測定物体Ｂとの
間の距離を求めている。そして、ＣＰＵ５は、被測定物
体Ｂまでの距離に相当する信号をＤ／Ａ変換回路９に出
力し、Ｄ／Ａ変換回路９がアナログ信号に変換して外部
に出力する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＣＤ素子
４の受光面１２に入射するスポット光Ｄの光量は、発光
素子１から照射される光の強さと、被測定物体Ｂの反射
率などによって決定される。スポット光Ｄの光量が大き
すぎたり、小さすぎたりすると、各受光セルＣ１…の出
力が飽和したり、小さすぎたりして、スポット光Ｄの中
心位置を正確に検出できない虞がある。そこで、ＣＰＵ
５はＡ／Ｄ変換回路８の出力からピーク値を検出し、ピ
ーク値が受光セルＣ１…の出力範囲の中央付近になるよ
うに、光量制御回路１０にフィードバック信号Ｓ１を出
力して、発光素子１の光量を変化させている。例えば、
図８（ａ）に示すように出力波形のピーク値Ｖｐが出力
の飽和値Ｖｏの約８０％であれば、ＣＰＵ５は発光素子
１の出力を約５／８倍に変化させるようなフィードバッ
ク信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力して、発光素子１
の光量を変化させ、図８（ｂ）に示すようにピーク値Ｖ
ｐを出力範囲の中央付近に制御している。
４の受光面１２に入射するスポット光Ｄの光量は、発光
素子１から照射される光の強さと、被測定物体Ｂの反射
率などによって決定される。スポット光Ｄの光量が大き
すぎたり、小さすぎたりすると、各受光セルＣ１…の出
力が飽和したり、小さすぎたりして、スポット光Ｄの中
心位置を正確に検出できない虞がある。そこで、ＣＰＵ
５はＡ／Ｄ変換回路８の出力からピーク値を検出し、ピ
ーク値が受光セルＣ１…の出力範囲の中央付近になるよ
うに、光量制御回路１０にフィードバック信号Ｓ１を出
力して、発光素子１の光量を変化させている。例えば、
図８（ａ）に示すように出力波形のピーク値Ｖｐが出力
の飽和値Ｖｏの約８０％であれば、ＣＰＵ５は発光素子
１の出力を約５／８倍に変化させるようなフィードバッ
ク信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力して、発光素子１
の光量を変化させ、図８（ｂ）に示すようにピーク値Ｖ
ｐを出力範囲の中央付近に制御している。
【００１０】しかしながら、被測定物体Ｂの反射率が急
激に高くなるなどして、スポット光Ｄの光量が急激に増
加し、図９に示すように複数の受光セルの出力が飽和し
た場合、発光素子１の光量をどの程度低下させれば、出
力波形のピーク値が受光セルＣ１…の出力範囲の中央付
近になるか判らないので、ＣＰＵ５では発光素子１の光
量を一定量減光させた後、各受光セルＣ１…の出力をモ
ニタし、不十分であれば更に減光するというように、出
力波形のピーク値が所望の値となるまで上述の動作を繰
り返すしかなく、発光素子１の光量を短時間で補正する
ことができなかった。
激に高くなるなどして、スポット光Ｄの光量が急激に増
加し、図９に示すように複数の受光セルの出力が飽和し
た場合、発光素子１の光量をどの程度低下させれば、出
力波形のピーク値が受光セルＣ１…の出力範囲の中央付
近になるか判らないので、ＣＰＵ５では発光素子１の光
量を一定量減光させた後、各受光セルＣ１…の出力をモ
ニタし、不十分であれば更に減光するというように、出
力波形のピーク値が所望の値となるまで上述の動作を繰
り返すしかなく、発光素子１の光量を短時間で補正する
ことができなかった。
【００１１】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、その目的とするところは、発光素子の光量を短
時間で補正することのできる光電式変位測定装置及びそ
の測定方法を提供することにある。
であり、その目的とするところは、発光素子の光量を短
時間で補正することのできる光電式変位測定装置及びそ
の測定方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、被測定物体に光ビームを照射
する投光部と、被測定物体からの反射光がスポット光と
して照射される受光面に、受光量に応じた大きさの出力
信号をそれぞれ発生する複数の光電変換素子が配列され
て構成される受光部と、各光電変換素子の出力信号から
スポット光の中心位置を検出し、中心位置の変位に基づ
いて被測定物体の基準位置からの変位を求める変位検出
部とを備え、上記各光電変換素子は、被測定物体の変位
によりスポット光の位置が変化する方向に沿って配列さ
れており、何れかの光電変換素子の出力が飽和した場合
に各光電変換素子の出力から出力のピーク値を推定する
ピーク値推定部と、ピーク値推定部の推定したピーク値
が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量を
制御する光量制御部とを設けて成ることを特徴とし、何
れかの光電変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推
定部は、各光電変換素子の出力から出力のピーク値を推
定し、光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク
値が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量
を制御しているので、光電変換素子の出力が飽和した
り、小さすぎたりすることはなく、受光部に発生するス
ポット光の位置を正確に検出することができ、且つ、光
量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づ
いて投光部の光量を制御しているので、光量の補正動作
を１回で行うことができ、投光部の光量を短時間で補正
することのできる光学式変位測定装置を実現できる。
に、請求項１の発明では、被測定物体に光ビームを照射
する投光部と、被測定物体からの反射光がスポット光と
して照射される受光面に、受光量に応じた大きさの出力
信号をそれぞれ発生する複数の光電変換素子が配列され
て構成される受光部と、各光電変換素子の出力信号から
スポット光の中心位置を検出し、中心位置の変位に基づ
いて被測定物体の基準位置からの変位を求める変位検出
部とを備え、上記各光電変換素子は、被測定物体の変位
によりスポット光の位置が変化する方向に沿って配列さ
れており、何れかの光電変換素子の出力が飽和した場合
に各光電変換素子の出力から出力のピーク値を推定する
ピーク値推定部と、ピーク値推定部の推定したピーク値
が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量を
制御する光量制御部とを設けて成ることを特徴とし、何
れかの光電変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推
定部は、各光電変換素子の出力から出力のピーク値を推
定し、光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク
値が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量
を制御しているので、光電変換素子の出力が飽和した
り、小さすぎたりすることはなく、受光部に発生するス
ポット光の位置を正確に検出することができ、且つ、光
量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づ
いて投光部の光量を制御しているので、光量の補正動作
を１回で行うことができ、投光部の光量を短時間で補正
することのできる光学式変位測定装置を実現できる。
【００１３】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列
順に並べた出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、波形
が最も一致した正規分布曲線のピーク値を出力波形のピ
ーク値と推定することを特徴とし、各光電変換素子の出
力が飽和していない場合、その出力を配列順に並べた出
力波形は正規分布曲線に近い波形になるので、波形が最
も一致した正規分布曲線のピーク値から出力波形のピー
ク値を推定することにより、本来のピーク値を精度良く
求めることができる。
いて、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列
順に並べた出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、波形
が最も一致した正規分布曲線のピーク値を出力波形のピ
ーク値と推定することを特徴とし、各光電変換素子の出
力が飽和していない場合、その出力を配列順に並べた出
力波形は正規分布曲線に近い波形になるので、波形が最
も一致した正規分布曲線のピーク値から出力波形のピー
ク値を推定することにより、本来のピーク値を精度良く
求めることができる。
【００１４】請求項３の発明では、請求項１の発明にお
いて、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列
順に並べた出力波形から飽和領域以外の部分の傾きを示
す特徴点を抽出してそれぞれ直線で近似し、２つの直線
の交点から出力波形のピーク値を推定することを特徴と
し、請求項２の発明ではピーク値推定部が光電変換素子
の出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、逐次比較する
ため、ピーク値の推定に長い時間がかかるが、ピーク値
推定部は、飽和領域以外の部分をそれぞれ直線で近似
し、２つの直線の交点から出力波形のピーク値を求めて
いるので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較する場合
に比べて、ピーク値の推定にかかる時間を短くでき、光
量の補正動作を高速に行うことができる。
いて、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列
順に並べた出力波形から飽和領域以外の部分の傾きを示
す特徴点を抽出してそれぞれ直線で近似し、２つの直線
の交点から出力波形のピーク値を推定することを特徴と
し、請求項２の発明ではピーク値推定部が光電変換素子
の出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、逐次比較する
ため、ピーク値の推定に長い時間がかかるが、ピーク値
推定部は、飽和領域以外の部分をそれぞれ直線で近似
し、２つの直線の交点から出力波形のピーク値を求めて
いるので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較する場合
に比べて、ピーク値の推定にかかる時間を短くでき、光
量の補正動作を高速に行うことができる。
【００１５】請求項４の発明では、請求項１の発明にお
いて、ピーク値推定部は、出力が第１のしきい値以上と
なる光電変換素子の数と出力波形のピーク値との関係を
示す関係式を有し、出力が第１のしきい値以上となる光
電変換素子の数を上記関係式に当てはめて出力波形のピ
ーク値を推定することを特徴とし、ピーク値推定部は、
出力が第１のしきい値以上となる部分の出力波形の幅、
すなわち第１のしきい値以上となる光電変換素子の数を
関係式に当てはめることによって、出力波形のピーク値
を推定しているので、出力波形を正規分布曲線と逐次比
較する場合に比べて演算処理が簡単であり、光量の補正
動作を高速に行うことができる。
いて、ピーク値推定部は、出力が第１のしきい値以上と
なる光電変換素子の数と出力波形のピーク値との関係を
示す関係式を有し、出力が第１のしきい値以上となる光
電変換素子の数を上記関係式に当てはめて出力波形のピ
ーク値を推定することを特徴とし、ピーク値推定部は、
出力が第１のしきい値以上となる部分の出力波形の幅、
すなわち第１のしきい値以上となる光電変換素子の数を
関係式に当てはめることによって、出力波形のピーク値
を推定しているので、出力波形を正規分布曲線と逐次比
較する場合に比べて演算処理が簡単であり、光量の補正
動作を高速に行うことができる。
【００１６】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
いて、上記第１のしきい値は、各光電変換素子の最大出
力の略半分の値であることを特徴とし、飽和値付近では
光量変化に対する光電変換素子の出力変化が少なく、光
電変換素子の感度が悪くなっているので、最大出力の略
半分の値における出力波形の幅からピーク値を推定する
ことによって、本来のピーク値を精度良く検出すること
ができる。
いて、上記第１のしきい値は、各光電変換素子の最大出
力の略半分の値であることを特徴とし、飽和値付近では
光量変化に対する光電変換素子の出力変化が少なく、光
電変換素子の感度が悪くなっているので、最大出力の略
半分の値における出力波形の幅からピーク値を推定する
ことによって、本来のピーク値を精度良く検出すること
ができる。
【００１７】請求項６の発明では、請求項１の発明にお
いて、ピーク値推定部は、出力が第２のしきい値以上と
なる光電変換素子の数と、出力のピーク値との対応関係
を示すテーブルを有し、出力が所定のしきい値以上とな
る光電変換素子の数から上記テーブルを用いてピーク値
を推定することを特徴とし、ピーク値推定部はテーブル
からピーク値を読み取るだけなので、出力波形を正規分
布曲線や三角波形で近似する場合に比べて演算処理が簡
単になり、フィードバック動作を高速に行うことができ
る。
いて、ピーク値推定部は、出力が第２のしきい値以上と
なる光電変換素子の数と、出力のピーク値との対応関係
を示すテーブルを有し、出力が所定のしきい値以上とな
る光電変換素子の数から上記テーブルを用いてピーク値
を推定することを特徴とし、ピーク値推定部はテーブル
からピーク値を読み取るだけなので、出力波形を正規分
布曲線や三角波形で近似する場合に比べて演算処理が簡
単になり、フィードバック動作を高速に行うことができ
る。
【００１８】請求項７の発明では、請求項１乃至６の発
明において、上記受光部は、ＰＮ接合からなる複数の受
光セルが配列されたＣＣＤ素子からなることを特徴と
し、請求項１乃至６の発明と同様の作用を奏する。
明において、上記受光部は、ＰＮ接合からなる複数の受
光セルが配列されたＣＣＤ素子からなることを特徴と
し、請求項１乃至６の発明と同様の作用を奏する。
【００１９】請求項８の発明では、請求項１記載の光学
式変位測定装置の測定方法であって、受光部が備える複
数の光電変換素子の内、何れかの光電変換素子の出力が
飽和すると、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力
から出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク値
推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内
となるように投光部の光量を制御した後、変位検出部
は、各光電変換素子の出力信号からスポット光の中心位
置を検出し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基
準位置からの変位を検出することを特徴とし、何れかの
光電変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推定部
は、各光電変換素子の出力から出力波形のピーク値を推
定し、光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク
値が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量
を制御しているので、光電変換素子の出力が飽和した
り、小さすぎたりすることはなく、受光部に発生するス
ポット光の位置を正確に検出することができ、且つ、光
量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づ
いて投光部の光量を制御しているので、光量の補正動作
を１回で行うことができ、補正動作にかかる時間を短縮
できる。
式変位測定装置の測定方法であって、受光部が備える複
数の光電変換素子の内、何れかの光電変換素子の出力が
飽和すると、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力
から出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク値
推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内
となるように投光部の光量を制御した後、変位検出部
は、各光電変換素子の出力信号からスポット光の中心位
置を検出し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基
準位置からの変位を検出することを特徴とし、何れかの
光電変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推定部
は、各光電変換素子の出力から出力波形のピーク値を推
定し、光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク
値が光電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量
を制御しているので、光電変換素子の出力が飽和した
り、小さすぎたりすることはなく、受光部に発生するス
ポット光の位置を正確に検出することができ、且つ、光
量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づ
いて投光部の光量を制御しているので、光量の補正動作
を１回で行うことができ、補正動作にかかる時間を短縮
できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００２１】（実施形態１）本発明の実施形態１を図１
及び図２を参照して説明する。図１は本実施形態の光学
式変位測定装置Ａの概略構成図である。本実施形態で
は、上述した従来の光学式変位測定装置において、受光
部たるＣＣＤ素子４の各受光セル（光電変換素子）Ｃ１
…の出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心
位置の変位から被測定物体Ｂの変位を求める変位検出部
５ａと、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合
に各受光セルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形か
ら出力のピーク値を推定するピーク値推定部５ｂと、ピ
ーク値推定部５ｂの推定したピーク値が受光セルＣ１…
の出力範囲内となるよう発光素子１の光量を制御するフ
ィードバック信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力する光
量制御部５ｃとを設けており、変位検出部５ａとピーク
値推定部５ｂと光量制御部５ｃとはＣＰＵ５により構成
している。尚、変位検出部５ａ、ピーク値推定部５ｂ、
光量制御部５ｃ以外の構成は上述した従来の光学式変位
測定装置と同様であるので、同一の構成要素には同一の
符号を付して、その説明を省略する。
及び図２を参照して説明する。図１は本実施形態の光学
式変位測定装置Ａの概略構成図である。本実施形態で
は、上述した従来の光学式変位測定装置において、受光
部たるＣＣＤ素子４の各受光セル（光電変換素子）Ｃ１
…の出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心
位置の変位から被測定物体Ｂの変位を求める変位検出部
５ａと、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合
に各受光セルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形か
ら出力のピーク値を推定するピーク値推定部５ｂと、ピ
ーク値推定部５ｂの推定したピーク値が受光セルＣ１…
の出力範囲内となるよう発光素子１の光量を制御するフ
ィードバック信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力する光
量制御部５ｃとを設けており、変位検出部５ａとピーク
値推定部５ｂと光量制御部５ｃとはＣＰＵ５により構成
している。尚、変位検出部５ａ、ピーク値推定部５ｂ、
光量制御部５ｃ以外の構成は上述した従来の光学式変位
測定装置と同様であるので、同一の構成要素には同一の
符号を付して、その説明を省略する。
【００２２】この光学式変位測定装置Ａでは、半導体レ
ーザのような発光素子（投光部）１から放射された光を
投光レンズ２に通すことにより得たビーム光を被測定物
体Ｂに照射し、被測定物体Ｂで反射された拡散反射光の
一部を受光レンズ３で集光することにより、ＣＣＤ素子
４の受光面１２にスポット光を照射させる。ＣＣＤ素子
４の受光面１２には、従来例で説明したように、ＰＮ接
合からなる複数の受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎが一定のピ
ッチで直線上に配列される。受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎ
は入射した光エネルギーに相当する大きさの出力をそれ
ぞれ発生するので、その出力はスポット光の中心位置に
近いほど大きくなる。
ーザのような発光素子（投光部）１から放射された光を
投光レンズ２に通すことにより得たビーム光を被測定物
体Ｂに照射し、被測定物体Ｂで反射された拡散反射光の
一部を受光レンズ３で集光することにより、ＣＣＤ素子
４の受光面１２にスポット光を照射させる。ＣＣＤ素子
４の受光面１２には、従来例で説明したように、ＰＮ接
合からなる複数の受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎが一定のピ
ッチで直線上に配列される。受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎ
は入射した光エネルギーに相当する大きさの出力をそれ
ぞれ発生するので、その出力はスポット光の中心位置に
近いほど大きくなる。
【００２３】ＣＣＤ素子４はＣＣＤ制御回路６によって
動作が制御されており、所定のタイミングで各受光セル
Ｃ１…が光電変換を行った後、各受光セルＣ１…の出力
はその配列順にＣＣＤ信号処理回路７へ出力される。そ
して、ＣＣＤ信号処理回路７が各受光セルＣ１…の出力
信号に増幅等の信号処理を施した後、Ａ／Ｄ変換回路８
がデジタル値に変換して、変位検出部５ａに出力する。
変位検出部５ａは、各受光セルＣ１…の出力からスポッ
ト光の形状を読み取り、所定の演算を行ってスポット光
の中心位置を決定し、三角測量法の原理を用いて被測定
物体Ｂまでの距離（あるいは基準位置からの変位）を求
めている。そして、変位検出部５ａは、被測定物体Ｂま
での距離に相当する信号をＤ／Ａ変換回路９に出力し、
Ｄ／Ａ変換回路９がアナログ信号に変換して外部に出力
する。尚、変位検出部５ａでは、各受光セルＣ１、Ｃ２
…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置や、受光量分布
の中心位置を演算により求めるなどしてスポット光の中
心位置を検出している。
動作が制御されており、所定のタイミングで各受光セル
Ｃ１…が光電変換を行った後、各受光セルＣ１…の出力
はその配列順にＣＣＤ信号処理回路７へ出力される。そ
して、ＣＣＤ信号処理回路７が各受光セルＣ１…の出力
信号に増幅等の信号処理を施した後、Ａ／Ｄ変換回路８
がデジタル値に変換して、変位検出部５ａに出力する。
変位検出部５ａは、各受光セルＣ１…の出力からスポッ
ト光の形状を読み取り、所定の演算を行ってスポット光
の中心位置を決定し、三角測量法の原理を用いて被測定
物体Ｂまでの距離（あるいは基準位置からの変位）を求
めている。そして、変位検出部５ａは、被測定物体Ｂま
での距離に相当する信号をＤ／Ａ変換回路９に出力し、
Ｄ／Ａ変換回路９がアナログ信号に変換して外部に出力
する。尚、変位検出部５ａでは、各受光セルＣ１、Ｃ２
…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置や、受光量分布
の中心位置を演算により求めるなどしてスポット光の中
心位置を検出している。
【００２４】ところで、ＣＣＤ素子４の受光面１２に入
射するスポット光Ｄの光量は、発光素子１から照射され
る光の強さと、被測定物体Ｂの反射率などによって決定
される。スポット光Ｄの光量が大きすぎたり、小さすぎ
たりすると、各受光セルＣ１…の出力が飽和したり、小
さすぎたりして、スポット光Ｄの中心位置を正確に検出
できない場合がある。
射するスポット光Ｄの光量は、発光素子１から照射され
る光の強さと、被測定物体Ｂの反射率などによって決定
される。スポット光Ｄの光量が大きすぎたり、小さすぎ
たりすると、各受光セルＣ１…の出力が飽和したり、小
さすぎたりして、スポット光Ｄの中心位置を正確に検出
できない場合がある。
【００２５】そこで、ピーク値推定部５ｂはＡ／Ｄ変換
回路８の出力から各受光セルＣ１…の出力のピーク値を
推定し、光量制御部５ｃがピーク値推定部５ｂの推定結
果から最適な光量を決定して、光量制御回路１０にフィ
ードバック信号Ｓ１を出力する。光量制御回路１０で
は、ピーク値推定部５ｂから入力されたフィードバック
信号Ｓ１に応じた光量となるように、発光素子１の光量
を制御する。ここで、光量制御回路１０は、例えば発光
素子１への注入電流や発光時間を制御することによっ
て、単位時間当たりの光量を制御している。
回路８の出力から各受光セルＣ１…の出力のピーク値を
推定し、光量制御部５ｃがピーク値推定部５ｂの推定結
果から最適な光量を決定して、光量制御回路１０にフィ
ードバック信号Ｓ１を出力する。光量制御回路１０で
は、ピーク値推定部５ｂから入力されたフィードバック
信号Ｓ１に応じた光量となるように、発光素子１の光量
を制御する。ここで、光量制御回路１０は、例えば発光
素子１への注入電流や発光時間を制御することによっ
て、単位時間当たりの光量を制御している。
【００２６】ＣＰＵ５は、従来例で説明したように、各
受光セルＣ１…の出力のピーク値が各受光セルＣ１…の
出力範囲の中央付近になるように発光素子１の光量を制
御している。出力のピーク値を出力範囲の中央付近に制
御するのは、ピーク値が小さいと各受光セルＣ１…の出
力の差が小さくなって、中心位置を判別しづらくなり、
また各受光セルＣ１…の出力がノイズに埋もれてしまう
虞があり、逆にピーク値が大きいと被測定物体Ｂの反射
率が急激に変化して、受光セルＣ１…の出力が飽和して
しまう虞があるからである。
受光セルＣ１…の出力のピーク値が各受光セルＣ１…の
出力範囲の中央付近になるように発光素子１の光量を制
御している。出力のピーク値を出力範囲の中央付近に制
御するのは、ピーク値が小さいと各受光セルＣ１…の出
力の差が小さくなって、中心位置を判別しづらくなり、
また各受光セルＣ１…の出力がノイズに埋もれてしまう
虞があり、逆にピーク値が大きいと被測定物体Ｂの反射
率が急激に変化して、受光セルＣ１…の出力が飽和して
しまう虞があるからである。
【００２７】しかしながら、被測定物体Ｂの反射率が急
激に変化することによって発生するスポット光の光量変
化よりも、ＣＣＤ素子４のダイナミックレンジの方が小
さいので、ＣＰＵ５が発光素子１の光量をフィードバッ
ク制御していたとしても、スポット光の光量が急激に増
加した場合、受光セルＣ１…の出力が飽和してしまう虞
がある。何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場
合、出力のピーク値が判別できないため、従来例のよう
にピーク値の大きさを検出して発光素子１の光量を制御
する場合は、発光素子１の光量を一定量減光させた後、
受光セルＣ１…の出力をモニタし、不十分であれば更に
減光するというように、出力のピーク値が所望の値とな
るまでフィードバック動作を繰り返すしかなく、受光セ
ルＣ１…の受光量を短時間で補正することができなかっ
た。
激に変化することによって発生するスポット光の光量変
化よりも、ＣＣＤ素子４のダイナミックレンジの方が小
さいので、ＣＰＵ５が発光素子１の光量をフィードバッ
ク制御していたとしても、スポット光の光量が急激に増
加した場合、受光セルＣ１…の出力が飽和してしまう虞
がある。何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場
合、出力のピーク値が判別できないため、従来例のよう
にピーク値の大きさを検出して発光素子１の光量を制御
する場合は、発光素子１の光量を一定量減光させた後、
受光セルＣ１…の出力をモニタし、不十分であれば更に
減光するというように、出力のピーク値が所望の値とな
るまでフィードバック動作を繰り返すしかなく、受光セ
ルＣ１…の受光量を短時間で補正することができなかっ
た。
【００２８】そこで、本実施形態では何れかの受光セル
Ｃ１…の出力が飽和した場合に各受光セルＣ１…の出力
を配列順に並べた出力波形から出力のピーク値を推定す
るピーク値推定部５ｂを設けている。各受光セルＣ１…
の出力を配列順に並べた包絡波形は正規分布曲線（ガウ
シャンカーブ）に近い波形になるので、何れかの受光セ
ルＣ１…の出力が飽和すると、その包絡波形は正規分布
曲線のピーク部分が欠けたような波形になる。したがっ
て、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂは、図２（ａ）に示すように、受光セ
ルＣ１の出力を配列順に並べた出力波形（同図中のイ）
に様々な形状の正規分布曲線（同図中のロ）を重ね合わ
せ、例えば両者の重なった部分の面積を比較し、重なっ
た部分の面積が最も大きい正規分布曲線（図２（ｂ）中
のハ）のピーク値を、飽和した部分の推定ピーク値Ｐ１
とする。そして、光量制御部５ｃは、ピーク値推定部５
ｂの推定結果に基づいて、各受光セルＣ１…の出力のピ
ーク値が出力範囲の中央付近になるように発光素子１の
光量を制御する。
Ｃ１…の出力が飽和した場合に各受光セルＣ１…の出力
を配列順に並べた出力波形から出力のピーク値を推定す
るピーク値推定部５ｂを設けている。各受光セルＣ１…
の出力を配列順に並べた包絡波形は正規分布曲線（ガウ
シャンカーブ）に近い波形になるので、何れかの受光セ
ルＣ１…の出力が飽和すると、その包絡波形は正規分布
曲線のピーク部分が欠けたような波形になる。したがっ
て、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂは、図２（ａ）に示すように、受光セ
ルＣ１の出力を配列順に並べた出力波形（同図中のイ）
に様々な形状の正規分布曲線（同図中のロ）を重ね合わ
せ、例えば両者の重なった部分の面積を比較し、重なっ
た部分の面積が最も大きい正規分布曲線（図２（ｂ）中
のハ）のピーク値を、飽和した部分の推定ピーク値Ｐ１
とする。そして、光量制御部５ｃは、ピーク値推定部５
ｂの推定結果に基づいて、各受光セルＣ１…の出力のピ
ーク値が出力範囲の中央付近になるように発光素子１の
光量を制御する。
【００２９】このように、何れかの受光セルＣ１…の出
力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂは、各受光セル
Ｃ１…の出力を順番に並べた出力波形を正規分布曲線で
近似することによって、飽和した出力のピーク値を推定
し、その推定値に基づいて発光素子１の光量を補正して
いるので、光量の補正動作を１回で行うことができ、補
正動作にかかる時間を短くできる。
力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂは、各受光セル
Ｃ１…の出力を順番に並べた出力波形を正規分布曲線で
近似することによって、飽和した出力のピーク値を推定
し、その推定値に基づいて発光素子１の光量を補正して
いるので、光量の補正動作を１回で行うことができ、補
正動作にかかる時間を短くできる。
【００３０】（実施形態２）本発明の実施形態２を図３
（ａ）（ｂ）を参照して説明する。尚、光学式変位測定
装置Ａの構成は実施形態１と同様であるので、同一の構
成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省略す
る。
（ａ）（ｂ）を参照して説明する。尚、光学式変位測定
装置Ａの構成は実施形態１と同様であるので、同一の構
成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省略す
る。
【００３１】実施形態１では、何れかの受光セルＣ１…
の出力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂが、受光セ
ルＣ１…の出力を配列順に並べた波形を正規分布曲線で
近似することによって、飽和した部分のピーク値を推定
しているが、本実施形態では、三角波形で近似すること
によって、飽和した部分のピーク値を推定している。
の出力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂが、受光セ
ルＣ１…の出力を配列順に並べた波形を正規分布曲線で
近似することによって、飽和した部分のピーク値を推定
しているが、本実施形態では、三角波形で近似すること
によって、飽和した部分のピーク値を推定している。
【００３２】すなわち、ピーク値推定部５ｂは、各受光
セルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形から飽和領
域以外の部分の傾きを示す特徴点を抽出して、飽和領域
を挟む両側部分の波形をそれぞれ直線Ｌ１，Ｌ２で近似
する。例えばピーク値推定部５ｂは、飽和領域の左端に
対応する受光セルの出力と、出力波形の左端に対応する
受光セルの出力とを結んで直線Ｌ１を求めると共に、飽
和領域の右端に対応する受光セルの出力と、出力波形の
右端に対応する受光セルの出力とを結んで直線Ｌ２を求
めており、２つの直線Ｌ１，Ｌ２の交点から飽和した出
力のピーク値を推定している。
セルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形から飽和領
域以外の部分の傾きを示す特徴点を抽出して、飽和領域
を挟む両側部分の波形をそれぞれ直線Ｌ１，Ｌ２で近似
する。例えばピーク値推定部５ｂは、飽和領域の左端に
対応する受光セルの出力と、出力波形の左端に対応する
受光セルの出力とを結んで直線Ｌ１を求めると共に、飽
和領域の右端に対応する受光セルの出力と、出力波形の
右端に対応する受光セルの出力とを結んで直線Ｌ２を求
めており、２つの直線Ｌ１，Ｌ２の交点から飽和した出
力のピーク値を推定している。
【００３３】このように、ピーク値推定部５ｂは、出力
波形の飽和領域以外の部分を直線で近似し、２つの直線
の交点から出力のピーク値を推定しているので、実施形
態１で説明したように出力波形を正規分布曲線と逐次比
較する場合に比べて、ピーク値の推定にかかる時間を短
くでき、光量の補正動作を高速に行える。
波形の飽和領域以外の部分を直線で近似し、２つの直線
の交点から出力のピーク値を推定しているので、実施形
態１で説明したように出力波形を正規分布曲線と逐次比
較する場合に比べて、ピーク値の推定にかかる時間を短
くでき、光量の補正動作を高速に行える。
【００３４】（実施形態３）上述した実施形態１又は２
の光学式変位測定装置では、何れかの受光セルＣ１…の
出力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂが各受光セル
Ｃ１…の出力波形を正規分布曲線又は三角波形で近似す
ることによって、出力のピーク値を推定しているが、本
実施形態では、出力が第１のしきい値以上となる受光セ
ルＣ１…の数から、飽和した出力のピーク値を推定して
いる。尚、光学式変位測定装置Ａの構成は実施形態１と
同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し
て、図示及び説明は省略する。
の光学式変位測定装置では、何れかの受光セルＣ１…の
出力が飽和した場合、ピーク値推定部５ｂが各受光セル
Ｃ１…の出力波形を正規分布曲線又は三角波形で近似す
ることによって、出力のピーク値を推定しているが、本
実施形態では、出力が第１のしきい値以上となる受光セ
ルＣ１…の数から、飽和した出力のピーク値を推定して
いる。尚、光学式変位測定装置Ａの構成は実施形態１と
同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し
て、図示及び説明は省略する。
【００３５】ところで、材質や表面状態が同じ被測定物
体Ｂの変位を測定する場合、受光セルＣ１…の出力を配
列順に並べた出力波形は相似な波形になるので、図４に
示すように、出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる受光
セルＣ１…の数を検出することによって、飽和した出力
のピーク値を推定することができる。すなわち、受光セ
ルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形を、正規分布
曲線或いは三角波形状で近似した関係式を予め求めてお
き、この関係式に出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる
受光セルＣ１…の数を代入することにより、飽和したピ
ーク値を求めることができる。
体Ｂの変位を測定する場合、受光セルＣ１…の出力を配
列順に並べた出力波形は相似な波形になるので、図４に
示すように、出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる受光
セルＣ１…の数を検出することによって、飽和した出力
のピーク値を推定することができる。すなわち、受光セ
ルＣ１…の出力を配列順に並べた出力波形を、正規分布
曲線或いは三角波形状で近似した関係式を予め求めてお
き、この関係式に出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる
受光セルＣ１…の数を代入することにより、飽和したピ
ーク値を求めることができる。
【００３６】このように、ピーク値推定部５ｂは、出力
が第１のしきい値Ｖ１以上となる部分の出力波形の幅、
すなわち出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる受光セル
Ｃ１…の数を関係式に当てはめることによって、出力波
形のピーク値を推定しているので、出力波形を正規分布
曲線と逐次比較したり、三角波形で近似する場合に比べ
て演算処理が簡単であり、光量の補正動作を高速に行え
る。
が第１のしきい値Ｖ１以上となる部分の出力波形の幅、
すなわち出力が第１のしきい値Ｖ１以上となる受光セル
Ｃ１…の数を関係式に当てはめることによって、出力波
形のピーク値を推定しているので、出力波形を正規分布
曲線と逐次比較したり、三角波形で近似する場合に比べ
て演算処理が簡単であり、光量の補正動作を高速に行え
る。
【００３７】なお、受光セルＣ１…の出力が飽和値付近
では、光量変化に対する受光セルＣ１…の出力変化が少
なく、感度が悪くなっているので、第１のしきい値Ｖ１
としては、各受光セルＣ１…の最大出力の略半分の値と
するのが好ましく、最大出力の略半分の値における出力
波形の幅からピーク値を推定することによって、本来の
ピーク値を精度良く検出できる。
では、光量変化に対する受光セルＣ１…の出力変化が少
なく、感度が悪くなっているので、第１のしきい値Ｖ１
としては、各受光セルＣ１…の最大出力の略半分の値と
するのが好ましく、最大出力の略半分の値における出力
波形の幅からピーク値を推定することによって、本来の
ピーク値を精度良く検出できる。
【００３８】（実施形態４）実施形態３では、何れかの
受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピーク値推定部
５ｂが、出力が第１のしきい値Ｖ１以上になる受光セル
Ｃ１…の数を予め求めた関係式に当てはめて、飽和した
出力のピーク値を推定しているが、本実施形態では、出
力が第２のしきい値以上になる受光セルＣ１…の数と、
受光セルＣ１…の出力のピーク値との関係を示すテーブ
ルをメモリ（図示せず）に予め記憶させている。そし
て、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂでは、出力が第２のしきい値以上にな
る受光セルＣ１…の数を検出し、受光セルＣ１…の数に
基づいてメモリに記憶されたテーブルからピーク値を読
み込み、ピーク値の推定値としている。尚、光学式変位
測定装置Ａの構成は実施形態１と同様であるので、同一
の構成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省
略する。
受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピーク値推定部
５ｂが、出力が第１のしきい値Ｖ１以上になる受光セル
Ｃ１…の数を予め求めた関係式に当てはめて、飽和した
出力のピーク値を推定しているが、本実施形態では、出
力が第２のしきい値以上になる受光セルＣ１…の数と、
受光セルＣ１…の出力のピーク値との関係を示すテーブ
ルをメモリ（図示せず）に予め記憶させている。そし
て、何れかの受光セルＣ１…の出力が飽和した場合、ピ
ーク値推定部５ｂでは、出力が第２のしきい値以上にな
る受光セルＣ１…の数を検出し、受光セルＣ１…の数に
基づいてメモリに記憶されたテーブルからピーク値を読
み込み、ピーク値の推定値としている。尚、光学式変位
測定装置Ａの構成は実施形態１と同様であるので、同一
の構成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省
略する。
【００３９】このようにピーク値推定部５ｂは、メモリ
に記憶されたテーブルからピーク値を読み取るだけなの
で、出力波形を正規分布曲線や三角波形で近似する場合
に比べて演算処理が簡単になり、フィードバック動作を
高速に行える。
に記憶されたテーブルからピーク値を読み取るだけなの
で、出力波形を正規分布曲線や三角波形で近似する場合
に比べて演算処理が簡単になり、フィードバック動作を
高速に行える。
【００４０】
【発明の効果】上述のように、請求項１の発明は、被測
定物体に光ビームを照射する投光部と、被測定物体から
の反射光がスポット光として照射される受光面に、受光
量に応じた大きさの出力信号をそれぞれ発生する複数の
光電変換素子が配列されて構成される受光部と、各光電
変換素子の出力信号からスポット光の中心位置を検出
し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基準位置か
らの変位を求める変位検出部とを備え、上記各光電変換
素子は、被測定物体の変位によりスポット光の位置が変
化する方向に沿って配列されており、何れかの光電変換
素子の出力が飽和した場合に各光電変換素子の出力から
出力のピーク値を推定するピーク値推定部と、ピーク値
推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内
となるよう投光部の光量を制御する光量制御部とを設け
て成ることを特徴とし、何れかの光電変換素子の出力が
飽和した場合、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出
力から出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク
値推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲
内となるよう投光部の光量を制御しているので、光電変
換素子の出力が飽和したり、小さすぎたりすることはな
く、受光部に発生するスポット光の位置を正確に検出す
ることができ、且つ、光量制御部は、ピーク値推定部の
推定したピーク値に基づいて投光部の光量を制御してい
るので、光量の補正動作を１回で行うことができ、投光
部の光量を短時間で補正することのできる光学式変位測
定装置を実現できるという効果がある。
定物体に光ビームを照射する投光部と、被測定物体から
の反射光がスポット光として照射される受光面に、受光
量に応じた大きさの出力信号をそれぞれ発生する複数の
光電変換素子が配列されて構成される受光部と、各光電
変換素子の出力信号からスポット光の中心位置を検出
し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基準位置か
らの変位を求める変位検出部とを備え、上記各光電変換
素子は、被測定物体の変位によりスポット光の位置が変
化する方向に沿って配列されており、何れかの光電変換
素子の出力が飽和した場合に各光電変換素子の出力から
出力のピーク値を推定するピーク値推定部と、ピーク値
推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内
となるよう投光部の光量を制御する光量制御部とを設け
て成ることを特徴とし、何れかの光電変換素子の出力が
飽和した場合、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出
力から出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク
値推定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲
内となるよう投光部の光量を制御しているので、光電変
換素子の出力が飽和したり、小さすぎたりすることはな
く、受光部に発生するスポット光の位置を正確に検出す
ることができ、且つ、光量制御部は、ピーク値推定部の
推定したピーク値に基づいて投光部の光量を制御してい
るので、光量の補正動作を１回で行うことができ、投光
部の光量を短時間で補正することのできる光学式変位測
定装置を実現できるという効果がある。
【００４１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列順
に並べた出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、波形が
最も一致した正規分布曲線のピーク値を出力波形のピー
ク値と推定することを特徴とし、各光電変換素子の出力
が飽和していない場合、その出力を配列順に並べた出力
波形は正規分布曲線に近い波形になるので、波形が最も
一致した正規分布曲線のピーク値から出力波形のピーク
値を推定することにより、本来のピーク値を精度良く求
めることができるという効果がある。
て、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列順
に並べた出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、波形が
最も一致した正規分布曲線のピーク値を出力波形のピー
ク値と推定することを特徴とし、各光電変換素子の出力
が飽和していない場合、その出力を配列順に並べた出力
波形は正規分布曲線に近い波形になるので、波形が最も
一致した正規分布曲線のピーク値から出力波形のピーク
値を推定することにより、本来のピーク値を精度良く求
めることができるという効果がある。
【００４２】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列順
に並べた出力波形から飽和領域以外の部分の傾きを示す
特徴点を抽出してそれぞれ直線で近似し、２つの直線の
交点から出力波形のピーク値を推定することを特徴と
し、請求項２の発明はピーク値推定部が光電変換素子の
出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、逐次比較するた
め、ピーク値の推定に長い時間がかかるが、ピーク値推
定部は、飽和領域以外の部分をそれぞれ直線で近似し、
２つの直線の交点から出力波形のピーク値を求めている
ので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較する場合に比
べて、ピーク値の推定にかかる時間を短くでき、光量の
補正動作を高速に行えるという効果がある。
て、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力を配列順
に並べた出力波形から飽和領域以外の部分の傾きを示す
特徴点を抽出してそれぞれ直線で近似し、２つの直線の
交点から出力波形のピーク値を推定することを特徴と
し、請求項２の発明はピーク値推定部が光電変換素子の
出力波形に正規分布曲線を重ね合わせ、逐次比較するた
め、ピーク値の推定に長い時間がかかるが、ピーク値推
定部は、飽和領域以外の部分をそれぞれ直線で近似し、
２つの直線の交点から出力波形のピーク値を求めている
ので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較する場合に比
べて、ピーク値の推定にかかる時間を短くでき、光量の
補正動作を高速に行えるという効果がある。
【００４３】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、ピーク値推定部は、出力が第１のしきい値以上とな
る光電変換素子の数と出力波形のピーク値との関係を示
す関係式を有し、出力が第１のしきい値以上となる光電
変換素子の数を上記関係式に当てはめて出力波形のピー
ク値を推定することを特徴とし、ピーク値推定部は、出
力が第１のしきい値以上となる部分の出力波形の幅、す
なわち第１のしきい値以上となる光電変換素子の数を関
係式に当てはめることによって、出力波形のピーク値を
推定しているので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較
する場合に比べて演算処理が簡単であり、光量の補正動
作を高速に行えるという効果がある。
て、ピーク値推定部は、出力が第１のしきい値以上とな
る光電変換素子の数と出力波形のピーク値との関係を示
す関係式を有し、出力が第１のしきい値以上となる光電
変換素子の数を上記関係式に当てはめて出力波形のピー
ク値を推定することを特徴とし、ピーク値推定部は、出
力が第１のしきい値以上となる部分の出力波形の幅、す
なわち第１のしきい値以上となる光電変換素子の数を関
係式に当てはめることによって、出力波形のピーク値を
推定しているので、出力波形を正規分布曲線と逐次比較
する場合に比べて演算処理が簡単であり、光量の補正動
作を高速に行えるという効果がある。
【００４４】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、上記第１のしきい値は、各光電変換素子の最大出力
の略半分の値であることを特徴とし、飽和値付近では光
量変化に対する光電変換素子の出力変化が少なく、光電
変換素子の感度が悪くなっているので、最大出力の略半
分の値における出力波形の幅からピーク値を推定するこ
とによって、本来のピーク値を精度良く検出できるとい
う効果がある。
て、上記第１のしきい値は、各光電変換素子の最大出力
の略半分の値であることを特徴とし、飽和値付近では光
量変化に対する光電変換素子の出力変化が少なく、光電
変換素子の感度が悪くなっているので、最大出力の略半
分の値における出力波形の幅からピーク値を推定するこ
とによって、本来のピーク値を精度良く検出できるとい
う効果がある。
【００４５】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、ピーク値推定部は、出力が第２のしきい値以上とな
る光電変換素子の数と、出力のピーク値との対応関係を
示すテーブルを有し、出力が所定のしきい値以上となる
光電変換素子の数から上記テーブルを用いてピーク値を
推定することを特徴とし、ピーク値推定部はテーブルか
らピーク値を読み取るだけなので、出力波形を正規分布
曲線や三角波形で近似する場合に比べて演算処理が簡単
になり、フィードバック動作を高速に行えるという効果
がある。
て、ピーク値推定部は、出力が第２のしきい値以上とな
る光電変換素子の数と、出力のピーク値との対応関係を
示すテーブルを有し、出力が所定のしきい値以上となる
光電変換素子の数から上記テーブルを用いてピーク値を
推定することを特徴とし、ピーク値推定部はテーブルか
らピーク値を読み取るだけなので、出力波形を正規分布
曲線や三角波形で近似する場合に比べて演算処理が簡単
になり、フィードバック動作を高速に行えるという効果
がある。
【００４６】請求項７の発明は、請求項１乃至６の発明
において、上記受光部は、ＰＮ接合からなる複数の受光
セルが配列されたＣＣＤ素子からなることを特徴とし、
請求項１乃至６の発明と同様の効果を奏する。
において、上記受光部は、ＰＮ接合からなる複数の受光
セルが配列されたＣＣＤ素子からなることを特徴とし、
請求項１乃至６の発明と同様の効果を奏する。
【００４７】請求項８の発明は、請求項１記載の光学式
変位測定装置の測定方法であって、受光部が備える複数
の光電変換素子の内、何れかの光電変換素子の出力が飽
和すると、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力か
ら出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク値推
定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内と
なるように投光部の光量を制御した後、変位検出部は、
各光電変換素子の出力信号からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基準位
置からの変位を検出することを特徴とし、何れかの光電
変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推定部は、各
光電変換素子の出力から出力波形のピーク値を推定し、
光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値が光
電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量を制御
しているので、光電変換素子の出力が飽和したり、小さ
すぎたりすることはなく、受光部に発生するスポット光
の位置を正確に検出することができ、且つ、光量制御部
は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づいて投光
部の光量を制御しているので、光量の補正動作を１回で
行うことができ、補正動作にかかる時間を短縮できると
いう効果がある。
変位測定装置の測定方法であって、受光部が備える複数
の光電変換素子の内、何れかの光電変換素子の出力が飽
和すると、ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力か
ら出力のピーク値を推定し、光量制御部は、ピーク値推
定部の推定したピーク値が光電変換素子の出力範囲内と
なるように投光部の光量を制御した後、変位検出部は、
各光電変換素子の出力信号からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位に基づいて被測定物体の基準位
置からの変位を検出することを特徴とし、何れかの光電
変換素子の出力が飽和した場合、ピーク値推定部は、各
光電変換素子の出力から出力波形のピーク値を推定し、
光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピーク値が光
電変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量を制御
しているので、光電変換素子の出力が飽和したり、小さ
すぎたりすることはなく、受光部に発生するスポット光
の位置を正確に検出することができ、且つ、光量制御部
は、ピーク値推定部の推定したピーク値に基づいて投光
部の光量を制御しているので、光量の補正動作を１回で
行うことができ、補正動作にかかる時間を短縮できると
いう効果がある。
【図１】実施形態１の光学式変位測定装置の概略構成図
である。
である。
【図２】同上の動作を説明する波形図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は実施形態２の光学式変位測定装
置の動作を説明する波形図である。
置の動作を説明する波形図である。
【図４】実施形態３の光学式変位測定装置の動作を説明
する波形図である。
する波形図である。
【図５】光学式変位測定装置の測定原理を説明する説明
図である。
図である。
【図６】従来の光学式変位測定装置の概略構成図であ
る。
る。
【図７】（ａ）は同上に用いるＣＣＤ素子の受光面にス
ポット光が入射した状態を示す正面図、（ｂ）はスポッ
ト光による各受光セルの出力波形である。
ポット光が入射した状態を示す正面図、（ｂ）はスポッ
ト光による各受光セルの出力波形である。
【図８】（ａ）（ｂ）は同上の動作を説明する波形図で
ある。
ある。
【図９】同上の動作を説明する波形図である。
１ 発光素子 ２ 投光レンズ ３ 受光レンズ ４ ＣＣＤ素子 ５ａ 変位検出部 ５ｂ ピーク値推定部 ５ｃ 光量制御部 Ｂ 被測定物体
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA09 AA17 DD06 EE00 FF44 GG06 HH04 JJ02 JJ25 NN02 QQ03 QQ06 QQ08 QQ25 QQ29 RR06 2F112 AA08 BA05 BA06 CA12 CA13 EA09 FA03 FA45 FA50
Claims (8)
- 【請求項１】被測定物体に光ビームを照射する投光部
と、被測定物体からの反射光がスポット光として照射さ
れる受光面に、受光量に応じた大きさの出力信号をそれ
ぞれ発生する複数の光電変換素子が配列されて構成され
る受光部と、各光電変換素子の出力信号からスポット光
の中心位置を検出し、中心位置の変位に基づいて被測定
物体の基準位置からの変位を求める変位検出部とを備
え、上記各光電変換素子は、被測定物体の変位によりス
ポット光の位置が変化する方向に沿って配列されてお
り、何れかの光電変換素子の出力が飽和した場合に各光
電変換素子の出力から出力のピーク値を推定するピーク
値推定部と、ピーク値推定部の推定したピーク値が光電
変換素子の出力範囲内となるよう投光部の光量を制御す
る光量制御部とを設けて成ることを特徴とする光学式変
位測定装置。 - 【請求項２】ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力
を配列順に並べた出力波形に正規分布曲線を重ね合わ
せ、波形が最も一致した正規分布曲線のピーク値を出力
波形のピーク値と推定することを特徴とする請求項１記
載の光学式変位測定装置。 - 【請求項３】ピーク値推定部は、各光電変換素子の出力
を配列順に並べた出力波形から飽和領域以外の部分の傾
きを示す特徴点を抽出してそれぞれ直線で近似し、２つ
の直線の交点から出力波形のピーク値を推定することを
特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項４】ピーク値推定部は、出力が第１のしきい値
以上となる光電変換素子の数と出力波形のピーク値との
関係を示す関係式を有し、出力が第１のしきい値以上と
なる光電変換素子の数を上記関係式に当てはめて出力波
形のピーク値を推定することを特徴とする請求項１記載
の光学式変位測定装置。 - 【請求項５】上記第１のしきい値は、各光電変換素子の
最大出力の略半分の値であることを特徴とする請求項４
記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項６】ピーク値推定部は、出力が第２のしきい値
以上となる光電変換素子の数と、出力のピーク値との対
応関係を示すテーブルを有し、出力が所定のしきい値以
上となる光電変換素子の数から上記テーブルを用いてピ
ーク値を推定することを特徴とする請求項１記載の光学
式変位測定装置。 - 【請求項７】上記受光部は、ＰＮ接合からなる複数の受
光セルが配列されたＣＣＤ素子からなることを特徴とす
る請求項１乃至６記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項８】請求項１記載の光学式変位測定装置の測定
方法であって、受光部が備える複数の光電変換素子の
内、何れかの光電変換素子の出力が飽和すると、ピーク
値推定部は、各光電変換素子の出力から出力のピーク値
を推定し、光量制御部は、ピーク値推定部の推定したピ
ーク値が光電変換素子の出力範囲内となるように投光部
の光量を制御した後、変位検出部は、各光電変換素子の
出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心位置
の変位に基づいて被測定物体の基準位置からの変位を検
出することを特徴とする光学式変位測定装置の測定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000256640A JP4000760B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 光学式変位測定装置 |
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| JP2000256640A JP4000760B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 光学式変位測定装置 |
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|---|---|
| JP2002071310A true JP2002071310A (ja) | 2002-03-08 |
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Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008241435A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Stanley Electric Co Ltd | 距離画像生成装置 |
| JP2010181171A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Sharp Corp | 光スポット位置検出装置およびそれを含む光デバイス、並びに、その光デバイスを含む電子機器 |
| WO2012073322A1 (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | 株式会社島津製作所 | 質量分析データ処理装置 |
| JP2012113290A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-06-14 | Canon Inc | トナー付着量測定装置及びその測定方法、並びに、画像形成装置 |
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| US9141846B2 (en) | 2012-11-14 | 2015-09-22 | Fujitsu Limited | Image processing device, image processing system, image processing method, and recording medium |
| JP2017141067A (ja) * | 2016-02-08 | 2017-08-17 | コニカミノルタ株式会社 | 移動量検出器、およびそれを備えた画像形成装置 |
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| JPH0658725A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-03-04 | Aisin Seiki Co Ltd | 高輝度領域の属性検出方法 |
| JPH06307860A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-04 | Olympus Optical Co Ltd | 測距装置 |
| JPH07146113A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Hitachi Zosen Corp | レーザ変位計 |
-
2000
- 2000-08-28 JP JP2000256640A patent/JP4000760B2/ja not_active Expired - Fee Related
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