JP2002195807A - 光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法 - Google Patents
光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】受光部の受光光量に応じて投光部の投光光量を
正確に補正することのできる光学式変位測定装置及びそ
の投光光量補正方法を提供する。 【解決手段】この光学式変位測定装置Ａは、被測定物体
Ｂに光ビームを照射する発光素子１と、被測定物体Ｂに
よる反射光がスポット光として照射される受光面にｐｎ
接合フォトダイオードよりなる複数の受光セルが一列に
配列されたＭＯＳイメージセンサ４と、各受光セルの出
力信号をその配列順に読み込み、そ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の変位を求める動作を所定のサンプリング周期で
繰り返し行うＣＰＵ５とを備える。ＣＰＵ５は、各受光
セルの出力信号を２回サンプリングする毎に、２回目に
読み出した出力信号の大きさに応じて、その出力信号が
所定の出力範囲内に収まるよう光量制御回路１０を用い
て発光素子１の投光光量を制御する。
正確に補正することのできる光学式変位測定装置及びそ
の投光光量補正方法を提供する。 【解決手段】この光学式変位測定装置Ａは、被測定物体
Ｂに光ビームを照射する発光素子１と、被測定物体Ｂに
よる反射光がスポット光として照射される受光面にｐｎ
接合フォトダイオードよりなる複数の受光セルが一列に
配列されたＭＯＳイメージセンサ４と、各受光セルの出
力信号をその配列順に読み込み、そ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の変位を求める動作を所定のサンプリング周期で
繰り返し行うＣＰＵ５とを備える。ＣＰＵ５は、各受光
セルの出力信号を２回サンプリングする毎に、２回目に
読み出した出力信号の大きさに応じて、その出力信号が
所定の出力範囲内に収まるよう光量制御回路１０を用い
て発光素子１の投光光量を制御する。
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
投光光量補正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
投光光量補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、図４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の表面で反射された拡散反射光の一部
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の一部が受光レンズ３に
より集光されて光位置検出素子４’の受光面に結像し、
スポット光を形成する。そして、発光素子１から被測定
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て、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の表面で反射された拡散反射光の一部
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の一部が受光レンズ３に
より集光されて光位置検出素子４’の受光面に結像し、
スポット光を形成する。そして、発光素子１から被測定
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て、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、光位置検出素子４’としてＭＯ
Ｓイメージセンサを用いた光学式変位測定装置も従来よ
り知られている。ＭＯＳイメージセンサは、複数の画素
配列と、画素配列の信号電荷を順次読み出すＭＯＳトラ
ンジスタのスイッチ回路からなるイメージセンサであ
り、図５（ａ）に示すように、ＭＯＳイメージセンサ４
の受光面１２には例えばｐｎ接合フォトダイオードから
なる複数の画素（以下では、受光セルと言う。）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定のピッチで配列され
ている。
Ｓイメージセンサを用いた光学式変位測定装置も従来よ
り知られている。ＭＯＳイメージセンサは、複数の画素
配列と、画素配列の信号電荷を順次読み出すＭＯＳトラ
ンジスタのスイッチ回路からなるイメージセンサであ
り、図５（ａ）に示すように、ＭＯＳイメージセンサ４
の受光面１２には例えばｐｎ接合フォトダイオードから
なる複数の画素（以下では、受光セルと言う。）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定のピッチで配列され
ている。
【０００７】図５（ｂ）は、ＭＯＳイメージセンサ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Ｃ
１、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、受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置を求め
たり、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、スポット光Ｄの中
心位置から三角測量法の原理を用いて発光素子１と被測
定物体Ｂとの間の距離を求めている。
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Ｃ
１、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、受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの内出力が最大の受光セルの位置を求め
たり、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、スポット光Ｄの中
心位置から三角測量法の原理を用いて発光素子１と被測
定物体Ｂとの間の距離を求めている。
【０００８】ところで、ＭＯＳイメージセンサ４を用い
る光学式変位測定装置では、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃ
ｎの出力を、一方の端に位置する受光セルから順番に読
み取っているので、一方の端に位置する受光セルＣ１か
ら出力を読み取るタイミングと、他方の端に位置する受
光セルＣｎから出力を読み取るタイミングとの間に時間
的なずれが発生する。
る光学式変位測定装置では、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃ
ｎの出力を、一方の端に位置する受光セルから順番に読
み取っているので、一方の端に位置する受光セルＣ１か
ら出力を読み取るタイミングと、他方の端に位置する受
光セルＣｎから出力を読み取るタイミングとの間に時間
的なずれが発生する。
【０００９】図６に示すように、各受光セルＣ１、Ｃ２
…Ｃｎの出力の読み取り開始と同時（時刻ｔ１１）に発
光素子１を点灯させて、全ての受光セルＣ１〜Ｃｎに一
定の光を照射させ、その出力を２回サンプリングした時
点（時刻ｔ１３）で発光素子１を消灯させた場合、点灯
開始後の１回目のサンプリング（時刻ｔ１１〜ｔ１２）
では、一番最初に読み取られる受光セルＣ１は照射時間
が短いためにその出力は殆ど零になる。そして、読み取
りの順番が遅い受光セルほど照射時間が長くなるので、
その出力は増加し、最後に読み取られる受光セルＣｎで
は出力が最大となる。
…Ｃｎの出力の読み取り開始と同時（時刻ｔ１１）に発
光素子１を点灯させて、全ての受光セルＣ１〜Ｃｎに一
定の光を照射させ、その出力を２回サンプリングした時
点（時刻ｔ１３）で発光素子１を消灯させた場合、点灯
開始後の１回目のサンプリング（時刻ｔ１１〜ｔ１２）
では、一番最初に読み取られる受光セルＣ１は照射時間
が短いためにその出力は殆ど零になる。そして、読み取
りの順番が遅い受光セルほど照射時間が長くなるので、
その出力は増加し、最後に読み取られる受光セルＣｎで
は出力が最大となる。
【００１０】各受光セルＣ１…では出力を読み出される
と同時に、電荷の蓄積を開始しており、２回目のサンプ
リング（時刻ｔ１２〜ｔ１３）では、何れの受光セルＣ
１〜Ｃｎも、前回出力を読み出してからサンプリング周
期Ｔ１の間、発光素子１の光を受光しているので、全て
の受光セルＣ１〜Ｃｎでその出力が最大となる。
と同時に、電荷の蓄積を開始しており、２回目のサンプ
リング（時刻ｔ１２〜ｔ１３）では、何れの受光セルＣ
１〜Ｃｎも、前回出力を読み出してからサンプリング周
期Ｔ１の間、発光素子１の光を受光しているので、全て
の受光セルＣ１〜Ｃｎでその出力が最大となる。
【００１１】次に３回目のサンプリング（時刻ｔ１３〜
ｔ１４）では、発光素子１は消灯しているが、最初に読
み取られる受光セルＣ１では、前回のサンプリング時か
らサンプリング周期Ｔ１の間、発光素子１の光を受光し
ているので、その出力は最大出力に略等しい出力とな
る。そして、読み取りの順番が遅い受光セルＣ２…ほ
ど、前回のサンプリング時から発光素子１が消灯するま
での時間（照射時間）が短くなるため、その出力は徐々
に低下し、最後に読み取られる受光セルＣｎでは出力が
略零になる。
ｔ１４）では、発光素子１は消灯しているが、最初に読
み取られる受光セルＣ１では、前回のサンプリング時か
らサンプリング周期Ｔ１の間、発光素子１の光を受光し
ているので、その出力は最大出力に略等しい出力とな
る。そして、読み取りの順番が遅い受光セルＣ２…ほ
ど、前回のサンプリング時から発光素子１が消灯するま
での時間（照射時間）が短くなるため、その出力は徐々
に低下し、最後に読み取られる受光セルＣｎでは出力が
略零になる。
【００１２】このように、ＭＯＳイメージセンサ４で
は、複数の受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を順番に読み出し
ており、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を読み出すタイミ
ングが異なっているので、最適な出力を得るためには発
光素子１を点灯させるタイミングを考慮する必要があ
る。尚、上述の説明では各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を
読み出すサンプリング周期毎に発光素子１の点灯状態と
消灯状態とを切り換えているだけであるが、受光セルＣ
１〜Ｃｎの受光量を精度良く制御するためには、発光素
子１の点灯時間や光出力を変化させることによって受光
量を制御すれば良い。
は、複数の受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を順番に読み出し
ており、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を読み出すタイミ
ングが異なっているので、最適な出力を得るためには発
光素子１を点灯させるタイミングを考慮する必要があ
る。尚、上述の説明では各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力を
読み出すサンプリング周期毎に発光素子１の点灯状態と
消灯状態とを切り換えているだけであるが、受光セルＣ
１〜Ｃｎの受光量を精度良く制御するためには、発光素
子１の点灯時間や光出力を変化させることによって受光
量を制御すれば良い。
【００１３】ところで、ＭＯＳイメージセンサ４の受光
面に入射するスポット光の光量は、発光素子１の発光量
や、被測定物体Ｂの反射率によって決定されるため、被
測定物体Ｂの反射面に鏡面加工が施されている場合は、
スポット光の光量が非常に大きくなり、受光セルＣ１…
の出力が飽和してしまう虞がある。また、上述とは逆
に、被測定物体Ｂの反射面が黒色であって、その反射率
が低い場合は、スポット光の光量が小さくなり、受光セ
ルＣ１…の出力が非常に小さい値になってしまう。
面に入射するスポット光の光量は、発光素子１の発光量
や、被測定物体Ｂの反射率によって決定されるため、被
測定物体Ｂの反射面に鏡面加工が施されている場合は、
スポット光の光量が非常に大きくなり、受光セルＣ１…
の出力が飽和してしまう虞がある。また、上述とは逆
に、被測定物体Ｂの反射面が黒色であって、その反射率
が低い場合は、スポット光の光量が小さくなり、受光セ
ルＣ１…の出力が非常に小さい値になってしまう。
【００１４】ここで、ＭＯＳイメージセンサ４を用いる
光学式変位測定装置では、各受光セルＣ１…の出力信号
をその配列順に並べた出力波形を解析して、スポット光
の中心位置を求めているので、被測定物体Ｂから入射す
る反射光の変化によって、受光セルＣ１…の出力が過大
になって飽和したり、出力が過小になって読み取りが不
能にならないように、ＭＯＳイメージセンサ４に入射す
るスポット光の光量を制御する必要があり、被測定物体
Ｂによる反射光量に応じて発光素子１の投光光量を制御
する必要がある（光量フィードバック）。すなわち、受
光セルＣ１…の出力をその配列順に並べた出力波形が適
切な波形となるように（出力波形が飽和したり、微少な
出力波形とならないように）、発光素子１の投光光量を
制御する。例えば、図７（ａ）に示すように出力波形の
ピーク値が飽和している場合は、発光素子１の投光光量
を低下させ、図７（ｂ）に示すように、出力波形のピー
ク値が飽和出力値Ｐ１よりも小さくなるように発光素子
１の投光光量を制御する。ここで、発光素子１の投光光
量を制御する場合、従来の光学式変位測定装置では発光
素子１の点灯時間を変化させることによって投光光量を
制御している。つまり発光素子１の点灯時間が長いほ
ど、投光光量が大きくなるので、前回の受光セルＣ１…
の出力に応じて発光素子１の点灯時間を変化させ、投光
光量を調整している。
光学式変位測定装置では、各受光セルＣ１…の出力信号
をその配列順に並べた出力波形を解析して、スポット光
の中心位置を求めているので、被測定物体Ｂから入射す
る反射光の変化によって、受光セルＣ１…の出力が過大
になって飽和したり、出力が過小になって読み取りが不
能にならないように、ＭＯＳイメージセンサ４に入射す
るスポット光の光量を制御する必要があり、被測定物体
Ｂによる反射光量に応じて発光素子１の投光光量を制御
する必要がある（光量フィードバック）。すなわち、受
光セルＣ１…の出力をその配列順に並べた出力波形が適
切な波形となるように（出力波形が飽和したり、微少な
出力波形とならないように）、発光素子１の投光光量を
制御する。例えば、図７（ａ）に示すように出力波形の
ピーク値が飽和している場合は、発光素子１の投光光量
を低下させ、図７（ｂ）に示すように、出力波形のピー
ク値が飽和出力値Ｐ１よりも小さくなるように発光素子
１の投光光量を制御する。ここで、発光素子１の投光光
量を制御する場合、従来の光学式変位測定装置では発光
素子１の点灯時間を変化させることによって投光光量を
制御している。つまり発光素子１の点灯時間が長いほ
ど、投光光量が大きくなるので、前回の受光セルＣ１…
の出力に応じて発光素子１の点灯時間を変化させ、投光
光量を調整している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上述の光学式変位測定
装置では、前回の受光セルＣ１〜Ｃｎの出力に応じて発
光素子１の点灯時間を変化させ、投光光量を制御してい
るのであるが、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力は逐次読み
出されており、発光素子１の発光光量を変化させたとし
ても、投光光量の変化に応じて受光セルＣ１〜Ｃｎの出
力が変化するまでの間に時間遅れがあり、次回の出力に
投光光量を変化させたことによる変化が現れない場合が
あるため、受光光量を最適な光量に制御できない虞があ
る。
装置では、前回の受光セルＣ１〜Ｃｎの出力に応じて発
光素子１の点灯時間を変化させ、投光光量を制御してい
るのであるが、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力は逐次読み
出されており、発光素子１の発光光量を変化させたとし
ても、投光光量の変化に応じて受光セルＣ１〜Ｃｎの出
力が変化するまでの間に時間遅れがあり、次回の出力に
投光光量を変化させたことによる変化が現れない場合が
あるため、受光光量を最適な光量に制御できない虞があ
る。
【００１６】ここで、複数の受光セルＣ１〜Ｃｎの内、
ただ１つの受光セルのみにスポット光が照射されている
場合を例に、図８を参照して説明を行う。この光学式変
位測定装置では、時刻ｔ２１から時間ｔ３１の間だけ発
光素子１を点灯させるとともに、１回目の読み出し動作
を開始しており、受光セルＣ１…の出力を検出する。１
回目の読み出し動作が終了した時点では、受光セルの出
力が最適な値となっているので、受光セルＣ１…の出力
を解析する信号処理部は、次回読み出し動作を行う際の
発光素子１の投光光量を前回と略同じ投光光量とし、発
光素子１の点灯時間をｔ３１のままとする。
ただ１つの受光セルのみにスポット光が照射されている
場合を例に、図８を参照して説明を行う。この光学式変
位測定装置では、時刻ｔ２１から時間ｔ３１の間だけ発
光素子１を点灯させるとともに、１回目の読み出し動作
を開始しており、受光セルＣ１…の出力を検出する。１
回目の読み出し動作が終了した時点では、受光セルの出
力が最適な値となっているので、受光セルＣ１…の出力
を解析する信号処理部は、次回読み出し動作を行う際の
発光素子１の投光光量を前回と略同じ投光光量とし、発
光素子１の点灯時間をｔ３１のままとする。
【００１７】次に１回目の読み出し動作が終了した時点
（時刻ｔ２２）で、被測定物体Ｂが反射係数の高い白物
体から、反射係数の低い黒物体に切り換わると、被測定
物体Ｂによる反射光が急激に減少して、受光セルの出力
が大幅に低下するので、信号処理部ではこの時の出力信
号から発光素子１の最適な発光光量を演算により求め、
発光素子１の点灯時間をｔ３２（＞ｔ３１）に設定す
る。
（時刻ｔ２２）で、被測定物体Ｂが反射係数の高い白物
体から、反射係数の低い黒物体に切り換わると、被測定
物体Ｂによる反射光が急激に減少して、受光セルの出力
が大幅に低下するので、信号処理部ではこの時の出力信
号から発光素子１の最適な発光光量を演算により求め、
発光素子１の点灯時間をｔ３２（＞ｔ３１）に設定す
る。
【００１８】ここで、発光素子１を時間ｔ３２だけ点灯
させれば、受光光量が十分大きくなり、最適な出力を得
ることができるが、発光素子１の点灯時間ｔ３２が経過
するまでの間に、スポット光が照射されている受光セル
の出力が読み出されてしまうので、受光セルの受光光量
を十分大きくすることができず、したがって３回目の読
み出し動作で得られるセル出力が、予め予想した出力よ
りも低くなる。そのため、信号処理部では３回目の読み
出し動作で得られたセル出力から発光素子１の発光光量
が不足していると判断し、信号処理部が発光素子１の点
灯時間をさらに長い時間ｔ３３（＞ｔ３２）に設定して
しまい、発光素子１の投光光量を最適な値に補正できな
いという問題があった。
させれば、受光光量が十分大きくなり、最適な出力を得
ることができるが、発光素子１の点灯時間ｔ３２が経過
するまでの間に、スポット光が照射されている受光セル
の出力が読み出されてしまうので、受光セルの受光光量
を十分大きくすることができず、したがって３回目の読
み出し動作で得られるセル出力が、予め予想した出力よ
りも低くなる。そのため、信号処理部では３回目の読み
出し動作で得られたセル出力から発光素子１の発光光量
が不足していると判断し、信号処理部が発光素子１の点
灯時間をさらに長い時間ｔ３３（＞ｔ３２）に設定して
しまい、発光素子１の投光光量を最適な値に補正できな
いという問題があった。
【００１９】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、受光部の受光光量に
応じて投光部の投光光量を正確に補正することのできる
光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法を提供す
るにある。
であり、その目的とするところは、受光部の受光光量に
応じて投光部の投光光量を正確に補正することのできる
光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法を提供す
るにある。
【００２０】
【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、被測定物体の表面での光ビームによる反
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、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た受光部と、各光電変
換素子の出力信号をその配列順に読み込み、その出力信
号からスポット光の中心位置を検出し、中心位置の変位
より被測定物体の基準位置からの変位を求める動作を所
定のサンプリング周期で繰り返し行う変位検出部と、変
位検出部が光電変換素子の出力信号を２回サンプリング
する毎に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素
子の出力信号の大きさに応じて、出力信号が所定の出力
範囲内に収まるように投光部の投光光量を制御する光量
制御部とを備えて成ることを特徴とし、変位検出部は複
数の光電変換素子の出力をその配列順に読み込んでお
り、最初に読み込まれる光電変換素子では、サンプリン
グを開始してから出力を読み込むまでの時間が短く、投
光光量を変化させたことによる出力変化がすぐには現れ
ないため、変位検出部が光電変換素子の出力を１回サン
プリングする毎に前回の出力に応じて投光光量を変化さ
せた場合は、投光光量を正確に補正することができない
虞があるが、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子
の出力信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサン
プリングした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに
応じて投光部の投光光量を制御しており、１回目のサン
プリング時に投光光量を変化させたことによる出力の変
化が２回目のサンプリング時には確実に現れるので、２
回目のサンプリング結果に応じて投光光量を制御するこ
とにより、投光光量を正確に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、被測定物体の表面での光ビームによる反
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、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た受光部と、各光電変
換素子の出力信号をその配列順に読み込み、その出力信
号からスポット光の中心位置を検出し、中心位置の変位
より被測定物体の基準位置からの変位を求める動作を所
定のサンプリング周期で繰り返し行う変位検出部と、変
位検出部が光電変換素子の出力信号を２回サンプリング
する毎に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素
子の出力信号の大きさに応じて、出力信号が所定の出力
範囲内に収まるように投光部の投光光量を制御する光量
制御部とを備えて成ることを特徴とし、変位検出部は複
数の光電変換素子の出力をその配列順に読み込んでお
り、最初に読み込まれる光電変換素子では、サンプリン
グを開始してから出力を読み込むまでの時間が短く、投
光光量を変化させたことによる出力変化がすぐには現れ
ないため、変位検出部が光電変換素子の出力を１回サン
プリングする毎に前回の出力に応じて投光光量を変化さ
せた場合は、投光光量を正確に補正することができない
虞があるが、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子
の出力信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサン
プリングした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに
応じて投光部の投光光量を制御しており、１回目のサン
プリング時に投光光量を変化させたことによる出力の変
化が２回目のサンプリング時には確実に現れるので、２
回目のサンプリング結果に応じて投光光量を制御するこ
とにより、投光光量を正確に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。
【００２１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が
最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央
の値となるように、投光部の投光光量を制御することを
特徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズ
の影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の
反射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光
電変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変
換素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の
投光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小
さすぎたり、大き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できる光学式変位
測定装置を実現できる。
いて、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が
最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央
の値となるように、投光部の投光光量を制御することを
特徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズ
の影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の
反射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光
電変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変
換素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の
投光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小
さすぎたり、大き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できる光学式変位
測定装置を実現できる。
【００２２】請求項３の発明では、投光部が被測定物体
に光ビームを照射し、被測定物体の表面での光ビームに
よる反射光をスポット光として受光部に照射させ、受光
部の受光面に配列された複数の光電変換素子が受光量に
応じた大きさの出力信号をそれぞれ発生し、変位検出部
が各光電変換素子の出力信号をその配列順に読み込み、
その出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心
位置の変位より被測定物体の基準位置からの変位を求め
る動作を所定のサンプリング周期で繰り返し行ってお
り、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信
号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリング
した際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて、
出力信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部の投
光光量を制御することを特徴とし、変位検出部は複数の
光電変換素子の出力をその配列順に読み込んでおり、最
初に読み込まれる光電変換素子では、サンプリングを開
始してから出力を読み込むまでの時間が短く、投光光量
を変化させたことによる出力変化がすぐには現れないた
め、変位検出部が光電変換素子の出力を１回サンプリン
グする毎に前回の出力に応じて投光光量を変化させた場
合は、投光光量を正確に補正することができない虞があ
るが、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力
信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリン
グした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて
投光部の投光光量を制御しており、１回目のサンプリン
グ時に投光光量を変化させたことによる出力の変化が２
回目のサンプリング時には確実に現れるので、２回目の
サンプリング結果に応じて投光光量を制御することによ
り、投光光量を正確に補正することができる。
に光ビームを照射し、被測定物体の表面での光ビームに
よる反射光をスポット光として受光部に照射させ、受光
部の受光面に配列された複数の光電変換素子が受光量に
応じた大きさの出力信号をそれぞれ発生し、変位検出部
が各光電変換素子の出力信号をその配列順に読み込み、
その出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心
位置の変位より被測定物体の基準位置からの変位を求め
る動作を所定のサンプリング周期で繰り返し行ってお
り、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信
号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリング
した際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて、
出力信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部の投
光光量を制御することを特徴とし、変位検出部は複数の
光電変換素子の出力をその配列順に読み込んでおり、最
初に読み込まれる光電変換素子では、サンプリングを開
始してから出力を読み込むまでの時間が短く、投光光量
を変化させたことによる出力変化がすぐには現れないた
め、変位検出部が光電変換素子の出力を１回サンプリン
グする毎に前回の出力に応じて投光光量を変化させた場
合は、投光光量を正確に補正することができない虞があ
るが、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力
信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリン
グした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて
投光部の投光光量を制御しており、１回目のサンプリン
グ時に投光光量を変化させたことによる出力の変化が２
回目のサンプリング時には確実に現れるので、２回目の
サンプリング結果に応じて投光光量を制御することによ
り、投光光量を正確に補正することができる。
【００２３】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が
最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央
の値となるように、投光部の投光光量を制御することを
特徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズ
の影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の
反射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光
電変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変
換素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の
投光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小
さすぎたり、大き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できる。
いて、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が
最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央
の値となるように、投光部の投光光量を制御することを
特徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズ
の影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の
反射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光
電変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変
換素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の
投光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小
さすぎたり、大き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できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に本実施形態の光学式変位測
定装置を図１乃至図３を参照して説明する。この光学式
変位測定装置では、レーザダイオードのような発光素子
（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に照射している。
そして、被測定物体Ｂの表面で反射された拡散反射光の
一部は受光光学系である受光レンズ３により集光され、
受光部たるＭＯＳイメージセンサ４の受光面に受光スポ
ットを形成する。
定装置を図１乃至図３を参照して説明する。この光学式
変位測定装置では、レーザダイオードのような発光素子
（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に照射している。
そして、被測定物体Ｂの表面で反射された拡散反射光の
一部は受光光学系である受光レンズ３により集光され、
受光部たるＭＯＳイメージセンサ４の受光面に受光スポ
ットを形成する。
【００２５】ＭＯＳ制御回路６は、ＣＰＵ５から入力さ
れる制御信号に応じて、ＭＯＳイメージセンサ４の動作
を制御しており、ＭＯＳイメージセンサ４の受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの出力をその配列順に読み出して、逐次
ＭＯＳ信号処理回路７に出力させており、各受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの出力信号はＭＯＳ信号処理回路７で増
幅などの処理を施された後、Ａ／Ｄ変換回路８によりデ
ジタル信号に変換されてＣＰＵ５に取り込まれる。
れる制御信号に応じて、ＭＯＳイメージセンサ４の動作
を制御しており、ＭＯＳイメージセンサ４の受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの出力をその配列順に読み出して、逐次
ＭＯＳ信号処理回路７に出力させており、各受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎの出力信号はＭＯＳ信号処理回路７で増
幅などの処理を施された後、Ａ／Ｄ変換回路８によりデ
ジタル信号に変換されてＣＰＵ５に取り込まれる。
【００２６】ところで、図５（ａ）に示すように、ＭＯ
Ｓイメージセンサ４の受光面１２には、被測定物体Ｂの
変位に応じてスポット光Ｄの位置が変化する方向に沿っ
て、ｐｎ接合フォトダイオードよりなる複数の受光セル
（光電変換素子）Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎが一定のピッチで配
列されている。各受光セル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発生し、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の
で、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎの出力をその配列順に
並べた出力波形（図５（ｂ）参照）からＭＯＳイメージ
センサ４の受光面１２に入射したスポット光の形状や中
心位置を検出することができる。
Ｓイメージセンサ４の受光面１２には、被測定物体Ｂの
変位に応じてスポット光Ｄの位置が変化する方向に沿っ
て、ｐｎ接合フォトダイオードよりなる複数の受光セル
（光電変換素子）Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎが一定のピッチで配
列されている。各受光セル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発生し、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の
で、各受光セルＣ１、Ｃ２…Ｃｎの出力をその配列順に
並べた出力波形（図５（ｂ）参照）からＭＯＳイメージ
センサ４の受光面１２に入射したスポット光の形状や中
心位置を検出することができる。
【００２７】ここで、変位検出部としてのＣＰＵ５は、
例えば受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列順に並べた
出力波形を生成し、隣接する受光セルの出力の相対的な
差から、出力波形の中心位置を検出する。すなわち、図
３（ａ）に示すように、出力が最大の受光セルに対し
て、両側に位置する受光セルの出力が略同じであれば、
出力が最大の受光セルの中心位置が出力波形の中心であ
るとＣＰＵ５は判定する。また、図３（ｂ）に示すよう
に、出力が最大の受光セルに対して、図中右側の受光セ
ルの出力が、図中左側の受光セルの出力よりも大きい場
合は、出力が最大の受光セルの中心位置から、左右の受
光セルの出力比に応じた距離だけ図中右側に偏心した位
置が出力波形の中心位置であるとＣＰＵ５は判定する。
そして、ＣＰＵ５は、スポット光の中心位置から三角測
量法の原理を用いて発光素子１と被測定物体Ｂとの間の
距離や被測定物体Ｂの変位を求めており、被測定物体Ｂ
までの距離或いは被測定物体Ｂの変位に相当する信号を
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。
例えば受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列順に並べた
出力波形を生成し、隣接する受光セルの出力の相対的な
差から、出力波形の中心位置を検出する。すなわち、図
３（ａ）に示すように、出力が最大の受光セルに対し
て、両側に位置する受光セルの出力が略同じであれば、
出力が最大の受光セルの中心位置が出力波形の中心であ
るとＣＰＵ５は判定する。また、図３（ｂ）に示すよう
に、出力が最大の受光セルに対して、図中右側の受光セ
ルの出力が、図中左側の受光セルの出力よりも大きい場
合は、出力が最大の受光セルの中心位置から、左右の受
光セルの出力比に応じた距離だけ図中右側に偏心した位
置が出力波形の中心位置であるとＣＰＵ５は判定する。
そして、ＣＰＵ５は、スポット光の中心位置から三角測
量法の原理を用いて発光素子１と被測定物体Ｂとの間の
距離や被測定物体Ｂの変位を求めており、被測定物体Ｂ
までの距離或いは被測定物体Ｂの変位に相当する信号を
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。
【００２８】また、ＣＰＵ５では被測定物体Ｂまでの距
離を演算すると同時に、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力が
所定の出力範囲内に収まるように発光素子１の投光光量
を決定しており、発光素子１の光量を制御するための制
御信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力し、この制御信号
Ｓ１に応じて光量制御回路１０が発光素子１の点灯時間
を変化させ、その投光光量を変化させている。ここで、
ＣＰＵ５では、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列
順に読み取る動作（サンプリング動作）を２回行う毎に
発光素子１の投光光量を変化させており、１回目に読み
込んだ各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力は無視し、２回目に
読み込んだ各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力が所望の大きさ
になるように、発光素子１の発光光量を変化させてい
る。ここに、ＣＰＵ５及び光量制御回路１０から発光素
子１の投光光量を制御する光量制御部が構成される。
離を演算すると同時に、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力が
所定の出力範囲内に収まるように発光素子１の投光光量
を決定しており、発光素子１の光量を制御するための制
御信号Ｓ１を光量制御回路１０に出力し、この制御信号
Ｓ１に応じて光量制御回路１０が発光素子１の点灯時間
を変化させ、その投光光量を変化させている。ここで、
ＣＰＵ５では、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列
順に読み取る動作（サンプリング動作）を２回行う毎に
発光素子１の投光光量を変化させており、１回目に読み
込んだ各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力は無視し、２回目に
読み込んだ各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力が所望の大きさ
になるように、発光素子１の発光光量を変化させてい
る。ここに、ＣＰＵ５及び光量制御回路１０から発光素
子１の投光光量を制御する光量制御部が構成される。
【００２９】以下にＣＰＵ５が発光素子１の投光光量を
制御する動作について図２を参照して簡単に説明する。
ここでは、説明を簡単にするために複数の受光セルＣ１
〜Ｃｎの内、ただ１つの受光セルにスポット光が照射さ
れるものとし、１回目のサンプリング動作が終了した時
点（時刻ｔ２）で被測定物体Ｂが反射係数の高い白物体
から反射係数の低い黒物体に変化した時の受光セルＣ１
〜Ｃｎの出力変化を図２（ｂ）に示す。
制御する動作について図２を参照して簡単に説明する。
ここでは、説明を簡単にするために複数の受光セルＣ１
〜Ｃｎの内、ただ１つの受光セルにスポット光が照射さ
れるものとし、１回目のサンプリング動作が終了した時
点（時刻ｔ２）で被測定物体Ｂが反射係数の高い白物体
から反射係数の低い黒物体に変化した時の受光セルＣ１
〜Ｃｎの出力変化を図２（ｂ）に示す。
【００３０】ここで、時刻ｔ１から時間ｔ３１の間、発
光素子１を点灯させるとともに、１回目のサンプリング
動作を開始し、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列
順に読み出す。なお、１回目のサンプリング動作を行う
際には、受光セルの出力が最適な値になっているものと
する。また、ＭＯＳ信号処理回路７では受光セルＣ１〜
Ｃｎの出力をその配列順に読み出しており、スキャン動
作を開始してから特定の受光セルの出力を読み出すまで
の時間は略一定となる。
光素子１を点灯させるとともに、１回目のサンプリング
動作を開始し、各受光セルＣ１〜Ｃｎの出力をその配列
順に読み出す。なお、１回目のサンプリング動作を行う
際には、受光セルの出力が最適な値になっているものと
する。また、ＭＯＳ信号処理回路７では受光セルＣ１〜
Ｃｎの出力をその配列順に読み出しており、スキャン動
作を開始してから特定の受光セルの出力を読み出すまで
の時間は略一定となる。
【００３１】次に１回目のサンプリング動作が終了した
時点（時刻ｔ２）で、対象物が白物体から黒物体に切り
換わると、対象物による反射光が急激に減少して、受光
セルの出力が大幅に低下するので、２回目のサンプリン
グ動作が終了した時点で、ＣＰＵ５は受光セルの出力が
大幅に低下したと判断し、この時のセル出力から発光素
子１の最適な発光光量を演算により求め、発光素子１の
点灯時間をｔ３２（＞ｔ３１）に設定する。
時点（時刻ｔ２）で、対象物が白物体から黒物体に切り
換わると、対象物による反射光が急激に減少して、受光
セルの出力が大幅に低下するので、２回目のサンプリン
グ動作が終了した時点で、ＣＰＵ５は受光セルの出力が
大幅に低下したと判断し、この時のセル出力から発光素
子１の最適な発光光量を演算により求め、発光素子１の
点灯時間をｔ３２（＞ｔ３１）に設定する。
【００３２】その後、時刻ｔ３において、発光素子１を
時間ｔ３２だけ点灯させるとともに、３回目のサンプリ
ング動作を開始した場合、発光素子１を時間ｔ３２だけ
点灯させれば、受光光量が十分大きくなって最適なセル
出力を得ることができるが、スポット光の当たっている
受光セルは、３回目のサンプリング動作を開始してから
点灯時間ｔ３が経過するまでの間に出力が読み出されて
しまうので、この受光セルから十分な大きさの出力が得
られなくなる。ここで、ＣＰＵ５はサンプリング動作を
２回行う毎に発光素子１の投光光量を変化させているの
で、３回目のサンプリング動作が終了した時点では発光
素子１の発光光量を変化させることはなく、発光素子１
の点灯時間を前回の時間ｔ３２のままとして、４回目の
サンプリング動作を行う。
時間ｔ３２だけ点灯させるとともに、３回目のサンプリ
ング動作を開始した場合、発光素子１を時間ｔ３２だけ
点灯させれば、受光光量が十分大きくなって最適なセル
出力を得ることができるが、スポット光の当たっている
受光セルは、３回目のサンプリング動作を開始してから
点灯時間ｔ３が経過するまでの間に出力が読み出されて
しまうので、この受光セルから十分な大きさの出力が得
られなくなる。ここで、ＣＰＵ５はサンプリング動作を
２回行う毎に発光素子１の投光光量を変化させているの
で、３回目のサンプリング動作が終了した時点では発光
素子１の発光光量を変化させることはなく、発光素子１
の点灯時間を前回の時間ｔ３２のままとして、４回目の
サンプリング動作を行う。
【００３３】ところで、３回目のサンプリング動作を行
う間の時刻ｔ４において、スポット光の照射された受光
セルの出力を読み出した後も発光素子１は点灯している
ので、この受光セルでは、出力を読み出された後、直ぐ
に光量の蓄積動作を行っている。つまり、この受光セル
では、その出力が読み出されてから発光素子１が消灯す
るまでの間（すなわち、図２の期間Ｔａ）、発光素子１
の発光による反射光の光量を蓄積し、受光光量に応じた
出力を発生する。ここで、サンプリング動作を開始して
から、スポット光の照射された受光セルの出力を読み取
るまでの時間をｔｘ（＝ｔ４−ｔ３）とすると、期間Ｔ
ａ＝ｔ３２−ｔｘとなる。
う間の時刻ｔ４において、スポット光の照射された受光
セルの出力を読み出した後も発光素子１は点灯している
ので、この受光セルでは、出力を読み出された後、直ぐ
に光量の蓄積動作を行っている。つまり、この受光セル
では、その出力が読み出されてから発光素子１が消灯す
るまでの間（すなわち、図２の期間Ｔａ）、発光素子１
の発光による反射光の光量を蓄積し、受光光量に応じた
出力を発生する。ここで、サンプリング動作を開始して
から、スポット光の照射された受光セルの出力を読み取
るまでの時間をｔｘ（＝ｔ４−ｔ３）とすると、期間Ｔ
ａ＝ｔ３２−ｔｘとなる。
【００３４】次に、時刻ｔ５において、発光素子１を時
間ｔ３２だけ点灯させるとともに、４回目のサンプリン
グ動作を開始すると、この場合もスポット光の照射され
た受光セルは発光素子１の点灯途中に出力を読み出され
てしまい、この受光セルには発光素子１が点灯してか
ら、その出力が読み出されるまでの間だけ（すなわち図
２の期間Ｔｂ）、発光素子１の発光による反射光の光量
を蓄積し、受光光量に応じた出力を発生する。ここで、
期間Ｔｂ＝ｔｘとなる。
間ｔ３２だけ点灯させるとともに、４回目のサンプリン
グ動作を開始すると、この場合もスポット光の照射され
た受光セルは発光素子１の点灯途中に出力を読み出され
てしまい、この受光セルには発光素子１が点灯してか
ら、その出力が読み出されるまでの間だけ（すなわち図
２の期間Ｔｂ）、発光素子１の発光による反射光の光量
を蓄積し、受光光量に応じた出力を発生する。ここで、
期間Ｔｂ＝ｔｘとなる。
【００３５】したがって、４回目のサンプリング動作時
において、スポット光の照射された受光セルから読み出
される出力は、期間Ｔａ（＝ｔ３１−ｔｘ）に受光した
受光光量と、期間Ｔｂ（＝ｔｘ）に受光した受光光量と
の和に比例した値になり、結局期間（Ｔａ＋Ｔｂ）＝ｔ
３１の間に受光した受光光量に比例した値となるので、
スポット光の照射される受光セルの出力は、ＣＰＵ５が
補正しようとした値に略等しい値となり、発光素子１の
投光光量を正確に補正することができる。なお、３回目
のサンプリング動作時に得られた各受光セルＣ１〜Ｃｎ
の出力は無視し、この出力は測距用のデータとしては使
用しない。また、上述の説明では、説明を簡単にするた
めに、１つの受光セルのみにスポット光が照射される場
合について説明を行ったが、実際には複数の受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎにまたがってスポット光が照射されるこ
とになる。
において、スポット光の照射された受光セルから読み出
される出力は、期間Ｔａ（＝ｔ３１−ｔｘ）に受光した
受光光量と、期間Ｔｂ（＝ｔｘ）に受光した受光光量と
の和に比例した値になり、結局期間（Ｔａ＋Ｔｂ）＝ｔ
３１の間に受光した受光光量に比例した値となるので、
スポット光の照射される受光セルの出力は、ＣＰＵ５が
補正しようとした値に略等しい値となり、発光素子１の
投光光量を正確に補正することができる。なお、３回目
のサンプリング動作時に得られた各受光セルＣ１〜Ｃｎ
の出力は無視し、この出力は測距用のデータとしては使
用しない。また、上述の説明では、説明を簡単にするた
めに、１つの受光セルのみにスポット光が照射される場
合について説明を行ったが、実際には複数の受光セルＣ
１、Ｃ２…Ｃｎにまたがってスポット光が照射されるこ
とになる。
【００３６】なお、ＣＰＵ５では、各受光セルＣ１〜Ｃ
ｎの内、出力が最大となる受光セルの出力信号が出力範
囲の略中央の値（すなわち出力飽和値の約４０〜６０％
の値）となるように発光素子１の投光光量を決定してい
る。ここで、対象物の反射率が小さかったり、発光素子
１の発光光量が小さいなどの理由で、出力波形のピーク
値が低い場合（図３（ｃ）参照）、出力が最大の受光セ
ルに対して、図中左側の受光セルの出力と、図中右側の
受光セルの出力との比率を正確に求めることができず、
また各受光セルＣ１…の出力がノイズに埋もれてしまう
虞がある。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。したがって、ＣＰＵ５では、出力波形
のピーク値が各受光セルＣ１…の出力範囲の中心付近の
値となるように発光素子１の発光光量を制御しており、
出力波形の中心位置を安定的に検出することができる。
ｎの内、出力が最大となる受光セルの出力信号が出力範
囲の略中央の値（すなわち出力飽和値の約４０〜６０％
の値）となるように発光素子１の投光光量を決定してい
る。ここで、対象物の反射率が小さかったり、発光素子
１の発光光量が小さいなどの理由で、出力波形のピーク
値が低い場合（図３（ｃ）参照）、出力が最大の受光セ
ルに対して、図中左側の受光セルの出力と、図中右側の
受光セルの出力との比率を正確に求めることができず、
また各受光セルＣ１…の出力がノイズに埋もれてしまう
虞がある。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。したがって、ＣＰＵ５では、出力波形
のピーク値が各受光セルＣ１…の出力範囲の中心付近の
値となるように発光素子１の発光光量を制御しており、
出力波形の中心位置を安定的に検出することができる。
【００３７】ところで、本実施形態では複数の光電変換
素子が配列された受光部としてＭＯＳイメージセンサを
例に説明を行ったが、受光部をＭＯＳイメージセンサに
限定する趣旨のものではなく、受光セルがアレイ状に配
列されていれば、フォトダイオードをアレイ状に配列し
たセンサや、ＣＣＤ素子をアレイ状に配列したＣＣＤイ
メージセンサなどを用いても良いことは言うまでもな
い。
素子が配列された受光部としてＭＯＳイメージセンサを
例に説明を行ったが、受光部をＭＯＳイメージセンサに
限定する趣旨のものではなく、受光セルがアレイ状に配
列されていれば、フォトダイオードをアレイ状に配列し
たセンサや、ＣＣＤ素子をアレイ状に配列したＣＣＤイ
メージセンサなどを用いても良いことは言うまでもな
い。
【００３８】
【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、被測定物体の表
面での光ビームによる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、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
れた受光部と、各光電変換素子の出力信号をその配列順
に読み込み、その出力信号からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位より被測定物体の基準位置から
の変位を求める動作を所定のサンプリング周期で繰り返
し行う変位検出部と、変位検出部が光電変換素子の出力
信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリン
グした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じ
て、出力信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部
の投光光量を制御する光量制御部とを備えて成ることを
特徴とし、変位検出部は複数の光電変換素子の出力をそ
の配列順に読み込んでおり、最初に読み込まれる光電変
換素子では、サンプリングを開始してから出力を読み込
むまでの時間が短く、投光光量を変化させたことによる
出力変化がすぐには現れないため、変位検出部が光電変
換素子の出力を１回サンプリングする毎に前回の出力に
応じて投光光量を変化させた場合は、投光光量を正確に
補正することができない虞があるが、光量制御部は、変
位検出部が光電変換素子の出力信号を２回サンプリング
する毎に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素
子の出力信号の大きさに応じて投光部の投光光量を制御
しており、１回目のサンプリング時に投光光量を変化さ
せたことによる出力の変化が２回目のサンプリング時に
は確実に現れるので、２回目のサンプリング結果に応じ
て投光光量を制御することにより、投光光量を正確に補
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、被測定物体の表
面での光ビームによる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、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
れた受光部と、各光電変換素子の出力信号をその配列順
に読み込み、その出力信号からスポット光の中心位置を
検出し、中心位置の変位より被測定物体の基準位置から
の変位を求める動作を所定のサンプリング周期で繰り返
し行う変位検出部と、変位検出部が光電変換素子の出力
信号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリン
グした際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じ
て、出力信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部
の投光光量を制御する光量制御部とを備えて成ることを
特徴とし、変位検出部は複数の光電変換素子の出力をそ
の配列順に読み込んでおり、最初に読み込まれる光電変
換素子では、サンプリングを開始してから出力を読み込
むまでの時間が短く、投光光量を変化させたことによる
出力変化がすぐには現れないため、変位検出部が光電変
換素子の出力を１回サンプリングする毎に前回の出力に
応じて投光光量を変化させた場合は、投光光量を正確に
補正することができない虞があるが、光量制御部は、変
位検出部が光電変換素子の出力信号を２回サンプリング
する毎に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素
子の出力信号の大きさに応じて投光部の投光光量を制御
しており、１回目のサンプリング時に投光光量を変化さ
せたことによる出力の変化が２回目のサンプリング時に
は確実に現れるので、２回目のサンプリング結果に応じ
て投光光量を制御することにより、投光光量を正確に補
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。
【００３９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が最
大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央の
値となるように、投光部の投光光量を制御することを特
徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズの
影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の反
射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光電
変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、出
力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変換
素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の投
光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小さ
すぎたり、大き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。
て、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が最
大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央の
値となるように、投光部の投光光量を制御することを特
徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズの
影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の反
射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光電
変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、出
力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変換
素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の投
光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小さ
すぎたり、大き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。
【００４０】請求項３の発明は、投光部が被測定物体に
光ビームを照射し、被測定物体の表面での光ビームによ
る反射光をスポット光として受光部に照射させ、受光部
の受光面に配列された複数の光電変換素子が受光量に応
じた大きさの出力信号をそれぞれ発生し、変位検出部が
各光電変換素子の出力信号をその配列順に読み込み、そ
の出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心位
置の変位より被測定物体の基準位置からの変位を求める
動作を所定のサンプリング周期で繰り返し行っており、
光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信号を
２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリングした
際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて、出力
信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部の投光光
量を制御することを特徴とし、変位検出部は複数の光電
変換素子の出力をその配列順に読み込んでおり、最初に
読み込まれる光電変換素子では、サンプリングを開始し
てから出力を読み込むまでの時間が短く、投光光量を変
化させたことによる出力変化がすぐには現れないため、
変位検出部が光電変換素子の出力を１回サンプリングす
る毎に前回の出力に応じて投光光量を変化させた場合
は、投光光量を正確に補正することができない虞がある
が、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信
号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリング
した際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて投
光部の投光光量を制御しており、１回目のサンプリング
時に投光光量を変化させたことによる出力の変化が２回
目のサンプリング時には確実に現れるので、２回目のサ
ンプリング結果に応じて投光光量を制御することによ
り、投光光量を正確に補正することができるという効果
がある。
光ビームを照射し、被測定物体の表面での光ビームによ
る反射光をスポット光として受光部に照射させ、受光部
の受光面に配列された複数の光電変換素子が受光量に応
じた大きさの出力信号をそれぞれ発生し、変位検出部が
各光電変換素子の出力信号をその配列順に読み込み、そ
の出力信号からスポット光の中心位置を検出し、中心位
置の変位より被測定物体の基準位置からの変位を求める
動作を所定のサンプリング周期で繰り返し行っており、
光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信号を
２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリングした
際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて、出力
信号が所定の出力範囲内に収まるように投光部の投光光
量を制御することを特徴とし、変位検出部は複数の光電
変換素子の出力をその配列順に読み込んでおり、最初に
読み込まれる光電変換素子では、サンプリングを開始し
てから出力を読み込むまでの時間が短く、投光光量を変
化させたことによる出力変化がすぐには現れないため、
変位検出部が光電変換素子の出力を１回サンプリングす
る毎に前回の出力に応じて投光光量を変化させた場合
は、投光光量を正確に補正することができない虞がある
が、光量制御部は、変位検出部が光電変換素子の出力信
号を２回サンプリングする毎に、２回目にサンプリング
した際の各光電変換素子の出力信号の大きさに応じて投
光部の投光光量を制御しており、１回目のサンプリング
時に投光光量を変化させたことによる出力の変化が２回
目のサンプリング時には確実に現れるので、２回目のサ
ンプリング結果に応じて投光光量を制御することによ
り、投光光量を正確に補正することができるという効果
がある。
【００４１】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が最
大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央の
値となるように、投光部の投光光量を制御することを特
徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズの
影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の反
射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光電
変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、出
力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変換
素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の投
光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小さ
すぎたり、大き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できるという効果が
ある。
て、光量制御部は、複数の光電変換素子の内、出力が最
大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の略中央の
値となるように、投光部の投光光量を制御することを特
徴とし、光電変換素子の出力が小さすぎると、ノイズの
影響が大きくなり、逆に大きすぎると、被測定物体の反
射率の変化などによって受光光量が変化した際に、光電
変換素子の出力が飽和してしまうが、光量制御部は、出
力が最大となる光電変換素子の出力信号が、各光電変換
素子の出力範囲の略中央の値となるように、投光部の投
光光量を制御しているので、光電変換素子の出力が小さ
すぎたり、大き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できるという効果が
ある。
【図１】本実施形態の光学式変位測定装置の概略構成図
である。
である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明する説明図
である。
である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は同上に用いるＭＯＳイメージ
センサの出力波形を示す波形図である。
センサの出力波形を示す波形図である。
【図４】従来の光学式変位測定装置の概略構成図であ
る。
る。
【図５】（ａ）は同上に用いるＭＯＳイメージセンサの
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。
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。
【図６】（ａ）（ｂ）は同上の動作を説明する説明図で
ある。
ある。
【図７】同上に用いるＭＯＳイメージセンサの出力波形
を示す波形図であり、（ａ）は発光素子の発光光量を補
正する前の波形図、（ｂ）は補正後の波形図である。
を示す波形図であり、（ａ）は発光素子の発光光量を補
正する前の波形図、（ｂ）は補正後の波形図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明する説明図
である。
である。
Ａ 光学式変位測定装置 Ｂ 被測定物体 １ 発光素子 ４ ＭＯＳイメージセンサ ５ ＣＰＵ １０ 光量制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紙谷 敦 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 大友 浩昭 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA19 FF09 GG12 HH04 JJ02 JJ25 NN02 QQ01 QQ03 QQ29 2F112 AA08 BA03 CA12 CA13 EA09 FA07 FA45
Claims (4)
- 【請求項１】被測定物体に光ビームを照射する投光部
と、被測定物体の表面での光ビームによる反射光がスポ
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、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た受光部と、各光電変換素子の
出力信号をその配列順に読み込み、その出力信号からス
ポット光の中心位置を検出し、中心位置の変位より被測
定物体の基準位置からの変位を求める動作を所定のサン
プリング周期で繰り返し行う変位検出部と、変位検出部
が光電変換素子の出力信号を２回サンプリングする毎
に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素子の出
力信号の大きさに応じて、出力信号が所定の出力範囲内
に収まるように投光部の投光光量を制御する光量制御部
とを備えて成ることを特徴とする光学式変位測定装置。 - 【請求項２】光量制御部は、複数の光電変換素子の内、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の
略中央の値となるように、投光部の投光光量を制御する
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】投光部が被測定物体に光ビームを照射し、
被測定物体の表面での光ビームによる反射光をスポット
光として受光部に照射させ、受光部の受光面に配列され
た複数の光電変換素子が受光量に応じた大きさの出力信
号をそれぞれ発生し、変位検出部が各光電変換素子の出
力信号をその配列順に読み込み、その出力信号からスポ
ット光の中心位置を検出し、中心位置の変位より被測定
物体の基準位置からの変位を求める動作を所定のサンプ
リング周期で繰り返し行っており、光量制御部は、変位
検出部が光電変換素子の出力信号を２回サンプリングす
る毎に、２回目にサンプリングした際の各光電変換素子
の出力信号の大きさに応じて、出力信号が所定の出力範
囲内に収まるように投光部の投光光量を制御することを
特徴とする光学式変位測定装置の投光光量補正方法。 - 【請求項４】光量制御部は、複数の光電変換素子の内、
出力が最大となる光電変換素子の出力信号が出力範囲の
略中央の値となるように、投光部の投光光量を制御する
ことを特徴とする請求項３記載の光学式変位測定装置の
投光光量補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393884A JP4165010B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393884A JP4165010B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002195807A true JP2002195807A (ja) | 2002-07-10 |
| JP4165010B2 JP4165010B2 (ja) | 2008-10-15 |
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ID=18859602
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000393884A Expired - Fee Related JP4165010B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 光学式変位測定装置及びその投光光量補正方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4165010B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008045926A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Omron Corp | 光学式変位センサおよびその制御方法 |
| JP2008209162A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 距離画像センサ |
| JP2010160114A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Sharp Corp | 光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器 |
| JP2010190797A (ja) * | 2009-02-19 | 2010-09-02 | Jfe Steel Corp | 開先部最深位置検出装置および開先部最深位置検出方法 |
| US7995189B2 (en) | 2008-08-20 | 2011-08-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical distance measuring sensor and electronic device |
| JP2011163901A (ja) * | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Sharp Corp | 光学式測距センサおよび電子機器 |
| US8373128B2 (en) | 2009-03-16 | 2013-02-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical ranging sensor and electronic device |
| JP2013090045A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Omron Corp | 光学式センサ |
| KR101450156B1 (ko) * | 2013-04-10 | 2014-10-13 | 주식회사 루멘스 | 동작 감지 센서의 광량 보정 장치 및 방법 |
| KR20160014534A (ko) * | 2014-07-29 | 2016-02-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 광학식 온도 센서 및 광학식 온도 센서의 제어 방법 |
| US10495448B2 (en) | 2017-09-26 | 2019-12-03 | Omron Corporation | Displacement measuring device, measuring system and displacement measuring method |
-
2000
- 2000-12-25 JP JP2000393884A patent/JP4165010B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20160014534A (ko) * | 2014-07-29 | 2016-02-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 광학식 온도 센서 및 광학식 온도 센서의 제어 방법 |
| KR102338977B1 (ko) | 2014-07-29 | 2021-12-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 광학식 온도 센서 및 광학식 온도 센서의 제어 방법 |
| US10495448B2 (en) | 2017-09-26 | 2019-12-03 | Omron Corporation | Displacement measuring device, measuring system and displacement measuring method |
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