JP2900041B2 - 変位測定器 - Google Patents
変位測定器Info
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- JP2900041B2 JP2900041B2 JP25734389A JP25734389A JP2900041B2 JP 2900041 B2 JP2900041 B2 JP 2900041B2 JP 25734389 A JP25734389 A JP 25734389A JP 25734389 A JP25734389 A JP 25734389A JP 2900041 B2 JP2900041 B2 JP 2900041B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- voltage
- point
- dividing
- voltage signal
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、変位測定器に関し、特に、測定用光を物
体上に投射し、三角測量法を応用して位置検出素子上に
光点を結像させ、その光点の位置によって距離または変
位を測定する変位測定器に関する。
体上に投射し、三角測量法を応用して位置検出素子上に
光点を結像させ、その光点の位置によって距離または変
位を測定する変位測定器に関する。
［従来の技術］ 測定対象物体に光を投射し、該物体によって反射され
た光を位置検出素子（以下、PSDと称す）で検出し、検
出した反射光の光点の位置により投光部（または検出
部）から測定対象物体までの距離または変位を測定する
方法は、三角測距法として知られている。
た光を位置検出素子（以下、PSDと称す）で検出し、検
出した反射光の光点の位置により投光部（または検出
部）から測定対象物体までの距離または変位を測定する
方法は、三角測距法として知られている。
第５図は従来の変位測定器の電気的構成を示す概略ブ
ロック図である。第５図において、発光素子10からの光
はコリメータレンズ12を介して測定対象物体14に投光さ
れる。測定対象物体14からの反射光は受光レンズ16で集
光され、PSD18の受光面上に光スポットとして結像され
る。
ロック図である。第５図において、発光素子10からの光
はコリメータレンズ12を介して測定対象物体14に投光さ
れる。測定対象物体14からの反射光は受光レンズ16で集
光され、PSD18の受光面上に光スポットとして結像され
る。
PSD18は光スポットの位置に応じた２つの光電流IAお
よびIBを出力する。２つの光電流IAおよびIBはそれぞれ
電流電圧変換回路22および24により電圧信号VAおよびVB
に変換される。電圧信号VA，VBは減算回路26に与えら
れ、減算回路26からは電圧信号VA−VBが出力される。
よびIBを出力する。２つの光電流IAおよびIBはそれぞれ
電流電圧変換回路22および24により電圧信号VAおよびVB
に変換される。電圧信号VA，VBは減算回路26に与えら
れ、減算回路26からは電圧信号VA−VBが出力される。
一方、電圧信号VBは抵抗27により分圧される。分圧信
号kVBと電圧信号VAとが加算回路28に与えられる。加算
回路28からは電圧信号VA＋kVBが出力される。割算器30
では、電圧信号VA−VBを分子とし、電圧信号VA＋kVBを
分母として、割算が行なわれ、その結果が出力される。
この出力は測定対象物体14の変位に対して線形な関係を
有している。このような線形関係は減算回路26および加
算回路28などからなる直線化補正回路20により実現され
る。
号kVBと電圧信号VAとが加算回路28に与えられる。加算
回路28からは電圧信号VA＋kVBが出力される。割算器30
では、電圧信号VA−VBを分子とし、電圧信号VA＋kVBを
分母として、割算が行なわれ、その結果が出力される。
この出力は測定対象物体14の変位に対して線形な関係を
有している。このような線形関係は減算回路26および加
算回路28などからなる直線化補正回路20により実現され
る。
上記のような変位測定器は、たとえば特開昭61−1129
02号公報などに開示されている。
02号公報などに開示されている。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の三角測距法を用いた変位測定方法では、基準位
置から測定対象物体までの距離または距離の変化に比例
した出力を得るために、第５図に示すような直線化補正
回路20が必要であり、直線化補正のために割算を行なう
前に、加算あるいは減算を行なうための回路が必要であ
った。このため、電気回路が大型かつ複雑となり、ま
た、コストが高いという問題点があった。
置から測定対象物体までの距離または距離の変化に比例
した出力を得るために、第５図に示すような直線化補正
回路20が必要であり、直線化補正のために割算を行なう
前に、加算あるいは減算を行なうための回路が必要であ
った。このため、電気回路が大型かつ複雑となり、ま
た、コストが高いという問題点があった。
それゆえに、この発明は基準位置から測定対象物体ま
での距離または距離の変化に比例した出力を得ることの
できる簡略化された回路構成を有する変位測定器を提供
することである。
での距離または距離の変化に比例した出力を得ることの
できる簡略化された回路構成を有する変位測定器を提供
することである。
［課題を解決するための手段］ この発明にかかる変位測定器は、測定対象物体に測定
用光を投射するための光投射手段と、測定対象物体から
の反射光を受け得るように設けられ、反射光の受光位置
に対応した第１および第２の電流信号を出力する位置検
出素子と、位置検出素子の第１および第２の電流信号を
それぞれ電圧信号に変換するための第１および第２の変
換手段と、第１および第２の変換手段の電圧信号を用い
て、基準位置から測定対象物体までの距離の変化に対応
して線形関係となる関係式を演算する演算手段とを備え
ていて、該演算手段は、第１および第２の変換手段の電
圧信号間を予め定める割合で分圧する分圧手段と、第１
および第２の変換手段のいずれか一方の電圧信号を分圧
手段によって分圧された分圧信号で除算する除算回路手
段とを含んで構成される。
用光を投射するための光投射手段と、測定対象物体から
の反射光を受け得るように設けられ、反射光の受光位置
に対応した第１および第２の電流信号を出力する位置検
出素子と、位置検出素子の第１および第２の電流信号を
それぞれ電圧信号に変換するための第１および第２の変
換手段と、第１および第２の変換手段の電圧信号を用い
て、基準位置から測定対象物体までの距離の変化に対応
して線形関係となる関係式を演算する演算手段とを備え
ていて、該演算手段は、第１および第２の変換手段の電
圧信号間を予め定める割合で分圧する分圧手段と、第１
および第２の変換手段のいずれか一方の電圧信号を分圧
手段によって分圧された分圧信号で除算する除算回路手
段とを含んで構成される。
［作用］ この発明では、第１および第２の変換手段の電圧信号
間を予め定める割合で分圧し、第１および第２の変換手
段のいずれか一方の電圧信号を該分圧された分圧信号で
除算することにより、基準位置から測定対象物体までの
距離の変化に対応して線形関係となる出力を得るように
している。
間を予め定める割合で分圧し、第１および第２の変換手
段のいずれか一方の電圧信号を該分圧された分圧信号で
除算することにより、基準位置から測定対象物体までの
距離の変化に対応して線形関係となる出力を得るように
している。
［発明の実施例］ 第２図は三角測距法を用いて距離または変位を測定す
る原理を説明するための図である。次に、第２図を参照
して、測定対象物体の変位と位置検出素子上の結像点の
位置との関係について説明する。
る原理を説明するための図である。次に、第２図を参照
して、測定対象物体の変位と位置検出素子上の結像点の
位置との関係について説明する。
第２図を参照して、発光素子10からの測定用光はコリ
メータレンズ12を介して位置S0に位置する測定対象物体
14の点P0に投射される。点P0で反射された光は受光レン
ズ16で集束され、PSD18上の点P1で結像される。
メータレンズ12を介して位置S0に位置する測定対象物体
14の点P0に投射される。点P0で反射された光は受光レン
ズ16で集束され、PSD18上の点P1で結像される。
ここで、測定用光の光軸（以下、投光軸と称する）を
ｘ軸とし、PSD18の受光面上にPSDの長手方向に沿ってｙ
軸を設定する。受光レンズ16の主点Ｏからと投光軸に下
ろした垂線が投光軸と交差する点H0をｘ軸上の原点とし
て、主点Ｏから投光軸に平行に引いた線がｙ軸と交差す
る点Q0をｙ軸上の原点とする。
ｘ軸とし、PSD18の受光面上にPSDの長手方向に沿ってｙ
軸を設定する。受光レンズ16の主点Ｏからと投光軸に下
ろした垂線が投光軸と交差する点H0をｘ軸上の原点とし
て、主点Ｏから投光軸に平行に引いた線がｙ軸と交差す
る点Q0をｙ軸上の原点とする。
点H0から物体14上の点P0までの距離はｘで表わされ、
点Q0から受光点P1までの距離はｙで表わされる。主点Ｏ
から点H0までの距離をｌとし、線OP0と線H0P0とのなす
角をθとすると、 tanθ＝l/x …（１） となる。また、主点Ｏからｙ軸に下ろした垂線がｙ軸と
交差する点を点Q1とし、主点Ｏから点Q1までの距離をｄ
とする。さらに、線H0Oの延長線がｙ軸と交差する点を
点H1とし、線OH1と線Q0H1のなす角をαとする。
点Q0から受光点P1までの距離はｙで表わされる。主点Ｏ
から点H0までの距離をｌとし、線OP0と線H0P0とのなす
角をθとすると、 tanθ＝l/x …（１） となる。また、主点Ｏからｙ軸に下ろした垂線がｙ軸と
交差する点を点Q1とし、主点Ｏから点Q1までの距離をｄ
とする。さらに、線H0Oの延長線がｙ軸と交差する点を
点H1とし、線OH1と線Q0H1のなす角をαとする。
線H0P0と線Q0Oとは平行であるから、線Q0Oと線P1Oと
のなす角はθである。さらに、ΔOQ0H1とΔQ1Q0Oは相似
であるから、線OQ1と線OQ0とのなす角はαである。した
がって、線P1Oと線Q1Oとのなす角はθ−αとなる。
のなす角はθである。さらに、ΔOQ0H1とΔQ1Q0Oは相似
であるから、線OQ1と線OQ0とのなす角はαである。した
がって、線P1Oと線Q1Oとのなす角はθ−αとなる。
点Q0から点P1までの距離は点Q0から点Q1までの距離と
点Q1から点P1までの距離の和であるから、 となる。式（１）を式（２）に代入して、 ｙ＝ld（１＋tan2α）／（ｘ＋ltanα） …（３） となる。ゆえに、物体14の変位ｘとｙ軸上の結像点の位
置ｙとは非線形の関係にある。
点Q1から点P1までの距離の和であるから、 となる。式（１）を式（２）に代入して、 ｙ＝ld（１＋tan2α）／（ｘ＋ltanα） …（３） となる。ゆえに、物体14の変位ｘとｙ軸上の結像点の位
置ｙとは非線形の関係にある。
第３図はPSDとｙ座標との関係を説明するための図で
あり、第４図はPSDの等価回路を示す図である。次に、
第３図および第４図を参照して、結像点の位置とPSDの
出力との関係について説明する。
あり、第４図はPSDの等価回路を示す図である。次に、
第３図および第４図を参照して、結像点の位置とPSDの
出力との関係について説明する。
PSD18は受光面に光スポットが当たった位置を電流源
とし、２つの電極A,Bから出力電流IA，IBを発生する。
この２つの電流のうち、投光軸に近い方をIAとし、他方
をIBとする。また、PSD18の中心のｙ座標をｙ＝y0とす
る。
とし、２つの電極A,Bから出力電流IA，IBを発生する。
この２つの電流のうち、投光軸に近い方をIAとし、他方
をIBとする。また、PSD18の中心のｙ座標をｙ＝y0とす
る。
ここで、PSD中心を原点とする新しい座標をＹとする
と、 Ｙ＝ｙ−y0 …（４） となる。
と、 Ｙ＝ｙ−y0 …（４） となる。
今、PSD18の全長を2Lとし、光スポットの位置をＹと
し、PSDの全抵抗をR,電極ＢからＹまでの抵抗をｒとす
ると、オームの法則から、 IA（Ｒ−ｒ）＝IBr …（５） が得られる。また、 ｒ＝R/2−YR/2L …（６） が成立するので、式（５）および（６）から、 Ｙ＝Ｌ（IB−IA）／（IB＋IA） …（７） となる。式（４）および（７）により、結像点のｙ座標
は、PSDの２つの出力電流IA，IB,PSDの長さの1/2および
PSD中心のｙ座標であるy0を使って、 ｙ＝Ｌ（IB−IA）／（IB＋IA）＋y0 …（８） と表わすことができる。
し、PSDの全抵抗をR,電極ＢからＹまでの抵抗をｒとす
ると、オームの法則から、 IA（Ｒ−ｒ）＝IBr …（５） が得られる。また、 ｒ＝R/2−YR/2L …（６） が成立するので、式（５）および（６）から、 Ｙ＝Ｌ（IB−IA）／（IB＋IA） …（７） となる。式（４）および（７）により、結像点のｙ座標
は、PSDの２つの出力電流IA，IB,PSDの長さの1/2および
PSD中心のｙ座標であるy0を使って、 ｙ＝Ｌ（IB−IA）／（IB＋IA）＋y0 …（８） と表わすことができる。
次に、変位ｘと出力電流IA，IBとの関係について説明
する。
する。
式（３）および（８）により、 ld（１＋tan2α）／（ｘ＋ltanα） ＝Ｌ（IB−IA）／（IB＋IA）＋y0 …（９） が得られる。式（９）をｘについて整理すると、 となる。ゆえに、PSDの２つの出力電流のうち、一方に
重みづけを行ない、IA／（IB＋βIA）の形で演算を行な
えば、変位ｘに線形な出力を得ることができる。
重みづけを行ない、IA／（IB＋βIA）の形で演算を行な
えば、変位ｘに線形な出力を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例の変位測定器の主な電気
的構成を示す概略ブロック図である。第１図を参照し
て、従来例と同様、PSD18は光スポットの位置に応じた
２つの光電流IAおよびIBを出力する。２つの光電流IAお
よびIBはそれぞれ電流電圧変換回路22および24により、
電圧信号VAおよびVBに変換される。この実施例では、２
つの電流電圧変換回路22および24の出力端A,B間に可変
抵抗器RVが挿入される。可変抵抗器RVの可動端Ｃから
は、投光軸とは反対側の出力端Ｂ側から見て、k:（１−
ｋ）に分圧された電圧VCが取出される。電圧VCは、 VC＝VB＋ｋ（VA−VB） で与えられる。ここで、 となるように可動端Ｃを調節すると、割算器30の出力ｖ
は、 となり、式（11）は式（10）と等価になるので、第１図
に示す可変抵抗器RVによる直線化補正回路20aにより、
変位ｘに線形な関係となる出力ｖを得ることができる。
的構成を示す概略ブロック図である。第１図を参照し
て、従来例と同様、PSD18は光スポットの位置に応じた
２つの光電流IAおよびIBを出力する。２つの光電流IAお
よびIBはそれぞれ電流電圧変換回路22および24により、
電圧信号VAおよびVBに変換される。この実施例では、２
つの電流電圧変換回路22および24の出力端A,B間に可変
抵抗器RVが挿入される。可変抵抗器RVの可動端Ｃから
は、投光軸とは反対側の出力端Ｂ側から見て、k:（１−
ｋ）に分圧された電圧VCが取出される。電圧VCは、 VC＝VB＋ｋ（VA−VB） で与えられる。ここで、 となるように可動端Ｃを調節すると、割算器30の出力ｖ
は、 となり、式（11）は式（10）と等価になるので、第１図
に示す可変抵抗器RVによる直線化補正回路20aにより、
変位ｘに線形な関係となる出力ｖを得ることができる。
［発明の効果］ 以上のようにして、この発明によれば、簡単な回路構
成により、変位測定器における非直線成分を除去するこ
とができ、良好な出力が得られる変位測定器を得ること
ができる。
成により、変位測定器における非直線成分を除去するこ
とができ、良好な出力が得られる変位測定器を得ること
ができる。
第１図はこの発明の一実施例の変位測定器の主な電気的
構成を示す概略ブロック図である。第２図は三角測距法
を用いて距離または変位を測定する原理を説明するため
の図である。第３図はPSDとｙ座標との関係を説明する
ための図である。第４図はPSDの等価回路を示す図であ
る。第５図は従来の変位測定器の電気的構成を示す概略
ブロック図である。 図において、10は発光素子、12はコリメータレンズ、14
は測定対象物体、16は受光レンズ、18はPSD、22および2
4は電流電圧変換回路、30は割算器、RVは可変抵抗器を
示す。
構成を示す概略ブロック図である。第２図は三角測距法
を用いて距離または変位を測定する原理を説明するため
の図である。第３図はPSDとｙ座標との関係を説明する
ための図である。第４図はPSDの等価回路を示す図であ
る。第５図は従来の変位測定器の電気的構成を示す概略
ブロック図である。 図において、10は発光素子、12はコリメータレンズ、14
は測定対象物体、16は受光レンズ、18はPSD、22および2
4は電流電圧変換回路、30は割算器、RVは可変抵抗器を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−64283（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−146912（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- 【請求項１】測定対象物体に測定用光を投射するための
光投射手段と、 前記測定対象物体からの反射光を受け得るように設けら
れ、反射光の受光位置に対応した第１および第２の電流
信号を出力する位置検出素子と、 前記位置検出素子の第１および第２の電流信号をそれぞ
れ電圧信号に変換するための第１および第２の変換手段
と、 前記第１および第２の変換手段の電圧信号を用いて、基
準位置から前記測定対象物体までの距離の変化に対応し
て線形関係となる関係式を演算する演算手段とを備えた
変位測定器において、 前記演算手段は、 前記第１および第２の変換手段の電圧信号間を予め定め
る割合で分圧する分圧手段と、 前記第１および第２の変換手段のいずれか一方の電圧信
号を前記分圧手段によって分圧された分圧信号で除算す
る除算回路手段とを含む、変位測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25734389A JP2900041B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 変位測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25734389A JP2900041B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 変位測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120412A JPH03120412A (ja) | 1991-05-22 |
| JP2900041B2 true JP2900041B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=17305053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25734389A Expired - Lifetime JP2900041B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 変位測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2900041B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP25734389A patent/JP2900041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03120412A (ja) | 1991-05-22 |
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