JP2970250B2 - Distance measuring device - Google Patents

Distance measuring device

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JP2970250B2
JP2970250B2 JP25004092A JP25004092A JP2970250B2 JP 2970250 B2 JP2970250 B2 JP 2970250B2 JP 25004092 A JP25004092 A JP 25004092A JP 25004092 A JP25004092 A JP 25004092A JP 2970250 B2 JP2970250 B2 JP 2970250B2
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Fuji Electric Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光ビームを被測定物
体上に照射し、その反射光を受光素子で受光し、その出
力として得られる出力電流から所定の演算をして被測定
物体までの距離、または被測定物体の変位を測定する測
距装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of irradiating an object to be measured with a light beam, receiving reflected light of the object by a light receiving element, performing a predetermined operation from an output current obtained as an output of the object, and arranging the object. The present invention relates to a distance measuring apparatus for measuring a distance of a measured object or a displacement of an object to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の測距装置として、投光部より被
検出物体に照射した光ビームの反射光を受光レンズを通
して一次元位置検出素子(PSD:Position
Sensitive Detector)に結像させ、
被検出物体の変位を位置検出素子上でのスポット位置変
化として検出した上で、その位置検出素子の出力信号を
後段の演算処理部で処理して、被検出物体の変位量を測
定するようにしたものが公知であり、例えば特開昭55
−119006号公報,特開昭57−67815号公報
などにその構成原理が開示されている。
2. Description of the Related Art As a distance measuring device of this type, a one-dimensional position detecting element (PSD: Position: PSD) receives reflected light of a light beam emitted from a light projecting unit onto a detection object through a light receiving lens.
Sensitive Detector)
After detecting the displacement of the detected object as a spot position change on the position detecting element, the output signal of the position detecting element is processed by a subsequent processing unit to measure the displacement amount of the detected object. Are well known, for example,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 119006/1979 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-67815 disclose the principle of its construction.

【0003】図3はかかる測距装置の従来例を示す構成
図である。同図において、1はセンサヘッド、2はコン
トローラであり、センサヘッド1はその内部に半導体レ
ーザ(LD)や発光ダイオード(LED)などの光源
3、投光レンズ4、受光レンズ5、受光素子としての一
次元位置検出素子6などを備えている。また、コントロ
ーラ2は位置検出素子6の出力信号を処理する演算処理
回路7、リニア補正回路8、測定値のディジタル表示器
9、光源3に対する駆動用回路(ドライバ)10および
発振器11などから構成される。さらに、演算処理回路
7は位置検出素子6の両極から出力される出力信号(電
流I1,I2)の増幅器12,13、加算器14、減算
器15、除算器16などから構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example of such a distance measuring device. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sensor head, 2 denotes a controller, and the sensor head 1 includes a light source 3, such as a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED), a light projecting lens 4, a light receiving lens 5, and a light receiving element. And the like. The controller 2 includes an arithmetic processing circuit 7 for processing an output signal of the position detecting element 6, a linear correction circuit 8, a digital display 9 of measured values, a driving circuit (driver) 10 for the light source 3, an oscillator 11, and the like. You. Further, the arithmetic processing circuit 7 includes amplifiers 12 and 13 for the output signals (currents I1 and I2) output from both poles of the position detecting element 6, an adder 14, a subtracter 15, a divider 16, and the like.

【0004】かかる構成において、センサヘッド1の光
源3から投光レンズ4を通して出射した光ビームBを被
検出物体Dに向けて照射すると、被検出物体Dの表面で
反射した乱反射光の一部は、受光レンズ5を通して位置
検出素子6上に結像する。そして、被検出物体Dが図示
の実線位置から点線位置に変位(変位量をdX)する
と、これに対応して位置検出素子6上で点像の位置が移
動する(移動量dY)。ここで、dXとdYとは或る一
定の関係にあり、点像の移動量は電気信号(電流I1,
I2)として、位置検出素子6の両極より出力される。
In such a configuration, when the light beam B emitted from the light source 3 of the sensor head 1 through the light projecting lens 4 is irradiated toward the detection object D, a part of the irregularly reflected light reflected on the surface of the detection object D becomes Then, an image is formed on the position detecting element 6 through the light receiving lens 5. When the detected object D is displaced from the solid line position to the dotted line position (displacement amount is dX), the position of the point image is moved on the position detection element 6 (movement amount dY). Here, dX and dY have a certain relationship, and the moving amount of the point image is an electric signal (current I1,
I2) is output from both poles of the position detecting element 6.

【0005】また、位置検出素子6の出力信号は、コン
トローラ2の演算処理回路7にて下記(1)の如き演
算,処理が行なわれ、さらにリニア補正回路8によりリ
ニア補正した上で、ディジタル量またはアナログ量とし
て出力される。 なお、(1)式のdYは位置検出素子6上での点像の移
動量、I1,I2は位置検出素子6からの出力電流、K
0は定数を示す。また、コントローラ2では、光源3の
ドライバ10に対し受光信号(I1+I2)をフィード
バックして光源3の駆動電流をコントロールし、光源3
の出力を常に一定となるようにする、光量調整機能を備
えている。
The output signal of the position detecting element 6 is subjected to calculation and processing as shown in the following (1) by an arithmetic processing circuit 7 of the controller 2, and is further subjected to linear correction by a linear correction circuit 8 to obtain a digital signal. Or it is output as an analog quantity. In the equation (1), dY is the amount of movement of the point image on the position detecting element 6, I1 and I2 are the output currents from the position detecting element 6, and K
0 indicates a constant. The controller 2 controls the drive current of the light source 3 by feeding back the light receiving signal (I1 + I2) to the driver 10 of the light source 3,
Is provided with a light quantity adjustment function for making the output of the camera always constant.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
従来の測距装置では、光学系の構成(測定範囲)が適合
するセンサヘッド(センサ部)とコントローラ(信号処
理部)とを接続するときは、図4のような測定範囲が適
合するセンサヘッドをコントローラに接続しなければな
らないが、過って図5のように測定範囲が適合しないセ
ンサヘッドをコントローラに接続すると、測定精度が低
下するだけでなく、測定不能となるなどの不都合が生じ
る。すなわち、図4はセンサヘッドの測定範囲と実際に
測定すべき範囲とも−A〜0〜+Aで両者が一致してい
る場合であり、図5はセンサヘッドの測定範囲−A〜0
〜+Aが実際に測定すべき範囲−A’〜0’〜+A’と
一致していない不適合の場合である。
By the way, in the conventional distance measuring apparatus as described above, when a sensor head (sensor section) and a controller (signal processing section) that are compatible with the configuration (measurement range) of the optical system are connected. Must connect a sensor head whose measurement range is suitable as shown in FIG. 4 to the controller. However, if a sensor head whose measurement range is not suitable as shown in FIG. 5 is connected to the controller, the measurement accuracy decreases. In addition, inconveniences such as inability to measure occur. That is, FIG. 4 shows the case where the measurement range of the sensor head and the range to be actually measured are -A to 0 to + A, which are the same, and FIG. 5 is the measurement range of the sensor head -A to 0
This is a case of non-conformity in which ~ + A does not match the range -A '~ 0' ~ + A 'to be actually measured.

【0007】また、光源3に半導体レーザを使用する場
合、光出力の違う半導体レーザを内蔵したセンサヘッド
を接続すると、半導体レーザが劣化し最悪の場合は破壊
するおそれもある。そのため、センサヘッドをコントロ
ーラに接続するときには、センサヘッド内の光学系の構
造や回路構成などに注意して、センサヘッドが適合する
か否かを確認するなどの煩雑な作業が必要になるという
問題がある。したがって、この発明の課題は接続するセ
ンサヘッドが光学的または回路構成的に適合しているか
否かを、簡単に判断し得るようにすることにある。
When a semiconductor laser is used as the light source 3, if a sensor head incorporating a semiconductor laser having a different light output is connected, the semiconductor laser may be deteriorated and, in the worst case, destroyed. Therefore, when connecting the sensor head to the controller, it is necessary to pay attention to the structure and circuit configuration of the optical system in the sensor head, and to perform a complicated operation such as checking whether the sensor head is compatible. There is. Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily determine whether a connected sensor head is optically or circuit-compatible.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、光ビームを発する光源と、距離
を測定しようとする方向の光路上に設置され前記光ビー
ムを被検出物体上に照射して輝点を形成させる投光レン
ズと、前記光ビームの光路と異なる方向の光路上の前記
輝点からの反射光を集光する受光レンズと、前記輝点の
実像を受光する受光素子と、この受光素子上の実像の位
置を2つの出力電流として得た位置出力から演算によっ
て求める演算回路と、その演算出力をリニアライズ補正
する補正回路とを備え、前記光ビーム方向の位置を計測
する測距装置において、前記輝点の位置を前記位置出力
信号に変換するセンサ部には可変インピーダンス素子を
設けるとともに、前記位置出力信号を増幅,演算,リニ
ア補正するコントローラ部にはインピーダンス素子のイ
ンピーダンス値に応じて異なる周期のパルスを出力する
発振器と、この発振器からのパルスを受信して前記セン
サ部がコントローラ部に適合するか否かを判別する判別
回路とを設けたことを特徴としている。
In order to solve such a problem, according to the present invention, a light source for emitting a light beam is provided on an optical path in a direction in which a distance is to be measured. A light projecting lens for forming a bright spot by irradiating the light beam, a light receiving lens for condensing light reflected from the bright spot on an optical path in a direction different from the optical path of the light beam, and a light receiving lens for receiving a real image of the bright spot An element, an operation circuit for calculating the position of the real image on the light receiving element from position outputs obtained as two output currents, and a correction circuit for linearizing correction of the operation output. In a distance measuring device for measuring, a variable impedance element is provided in a sensor unit for converting the position of the bright spot into the position output signal, and a controller for amplifying, calculating, and linearly correcting the position output signal. An oscillator that outputs pulses having different periods according to the impedance value of the impedance element, a determination circuit that receives pulses from the oscillator and determines whether the sensor unit is compatible with the controller unit. It is characterized by having provided.

【0009】[0009]

【作用】予め、コントローラ内の判別回路に適合するセ
ンサヘッドを接続して、そのときに発振器から出力され
るパルスの周期を記憶しておき、適合しないセンサヘッ
ドが接続されたときに出力されるパルス周期を記憶され
ているパルス周期と比較することにより、センサヘッド
の適,不適を簡単に判別し得るようにする。
A sensor head suitable for the discriminating circuit in the controller is connected in advance, and the cycle of the pulse output from the oscillator at that time is stored, and the signal is output when a non-compatible sensor head is connected. By comparing the pulse period with the stored pulse period, it is possible to easily determine whether the sensor head is appropriate or not.

【0010】[0010]

【実施例】図1はこの発明の実施例を示す構成図であ
る。同図からも明らかなように、この発明の実施例は従
来例に対しセンサヘッド1側には可変抵抗17を、ま
た、コントローラ2側には検査用発振器18および適合
センサ判別回路19を付加した点が特徴である。可変抵
抗17の抵抗値は、光学系の構成(測定範囲)が異なる
センサヘッド1や、回路構成が異なるセンサヘッド1毎
に変えておくものとする。適合センサ判別回路19は具
体的には図2に示すように、センサヘッド1内の可変抵
抗17をコントローラ2の発振器18に接続したときに
出力すべきパルスの周期を各種記憶しているメモリ部2
0と、発振器18から出力されるパルスを比較し判定出
力を出す比較器21とから構成されている。なお、可変
抵抗17の代わりに可変容量,可変リアクトルなどの他
のインピーダンス素子を用いることができる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. As can be seen from the figure, in the embodiment of the present invention, a variable resistor 17 is provided on the sensor head 1 side, and an inspection oscillator 18 and a suitable sensor discriminating circuit 19 are added on the controller 2 side. The feature is the point. The resistance value of the variable resistor 17 is changed for each sensor head 1 having a different optical system configuration (measurement range) or each sensor head 1 having a different circuit configuration. As shown in FIG. 2, the matching sensor determination circuit 19 is a memory unit that stores various pulse periods to be output when the variable resistor 17 in the sensor head 1 is connected to the oscillator 18 of the controller 2. 2
0 and a comparator 21 which compares a pulse output from the oscillator 18 and outputs a judgment output. It should be noted that other impedance elements such as a variable capacitor and a variable reactor can be used instead of the variable resistor 17.

【0011】動作について説明する。まず、光学系の構
造や回路構成が適合するセンサヘッド1に設置してある
可変抵抗17を、適合するコントローラ2に配備してあ
る発振器18に予め接続し、一定周期のパルスを出力さ
せるようにセンサヘッド1内の可変抵抗17の抵抗値を
求めておき、その出力パルスの周期をコントローラ2に
配備してある適合センサ判別回路19に記憶しておく。
こうしておけば、光学系の構造や回路構成が適合しない
センサヘッド1内の可変抵抗17を、コントローラ2に
配備してある発振器18に接続すれば、判別回路19内
に記憶した周期のパルスとは異なるパルスが発振器18
から入力されることになり、その結果、判別回路19か
らは不適合を示すエラー信号が出力される。こうするこ
とにより、接続するセンサヘッド1とコントローラ2が
適合しているか否かを簡単に判定することができるた
め、適合しないセンサヘッドを接続することによって生
じる測定エラーを防ぐことが可能となる。
The operation will be described. First, a variable resistor 17 provided in the sensor head 1 having a suitable optical system structure and circuit configuration is connected in advance to an oscillator 18 provided in a suitable controller 2 so as to output a pulse having a constant period. The resistance value of the variable resistor 17 in the sensor head 1 is obtained in advance, and the cycle of the output pulse is stored in the compatible sensor determination circuit 19 provided in the controller 2.
In this way, if the variable resistor 17 in the sensor head 1 whose optical system structure or circuit configuration is not suitable is connected to the oscillator 18 provided in the controller 2, the pulse of the cycle stored in the discrimination circuit 19 Different pulses are generated by the oscillator 18
As a result, the discrimination circuit 19 outputs an error signal indicating incompatibility. By doing so, it is possible to easily determine whether the sensor head 1 and the controller 2 to be connected are compatible with each other, and it is possible to prevent a measurement error caused by connecting an incompatible sensor head.

【0012】[0012]

【発明の効果】この発明によれば、センサヘッド内に例
えば可変抵抗を設ける一方、コントローラ内にはこの抵
抗値に応じて周期の異なるパルスを出力可能な発振器
と、この発振器より入力されたパルスの周期から接続さ
れたセンサヘッドが適合するか否かを判別する判別回路
とを設けるようにしたので、センサヘッド1の適,不適
を簡単に判断することができ、その結果、適合しないセ
ンサヘッドを接続することによって生じる不都合を回避
することができる。また、適合しないセンサヘッドを判
別し得るため、測距装置の製作時の評価が容易になると
いう利点もある。
According to the present invention, for example, a variable resistor is provided in the sensor head, and an oscillator capable of outputting a pulse having a different cycle in accordance with the resistance value is provided in the controller, and a pulse input from the oscillator is provided. And a determination circuit for determining whether the connected sensor head is suitable or not from the cycle of the sensor head 1. Therefore, it is possible to easily determine the suitability or unsuitability of the sensor head 1, and as a result, the unsuitable sensor head Can be avoided. In addition, since an unsuitable sensor head can be determined, there is an advantage that evaluation at the time of manufacturing the distance measuring device is facilitated.

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

【図1】この発明の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の適合センサ判別回路の具体例を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific example of a compatible sensor determination circuit in FIG. 1;

【図3】従来例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example.

【図4】測定範囲が適合するセンサヘッドの例を説明す
るための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for describing an example of a sensor head whose measurement range is suitable.

【図5】測定範囲が適合しないセンサヘッドの例を説明
するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a sensor head whose measurement range is not suitable.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…センサヘッド、2…コントローラ、3…光源、4…
投光レンズ、5…受光レンズ、6…位置検出素子、7…
演算処理回路、8…リニア補正回路、9…ディジタル表
示器、10…ドライバ(駆動用回路)、11…発振器、
12,13…増幅器、14…加算器、15…減算器、1
6…除算器、17…可変抵抗、18…検査用発振器、1
9…適合センサ判別回路、20…適合パルス記憶用メモ
リ、21…比較器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor head, 2 ... Controller, 3 ... Light source, 4 ...
Projection lens, 5: Light receiving lens, 6: Position detecting element, 7 ...
Arithmetic processing circuit, 8: linear correction circuit, 9: digital display, 10: driver (driving circuit), 11: oscillator,
12, 13 ... amplifier, 14 ... adder, 15 ... subtractor, 1
6 divider, 17 variable resistor, 18 oscillator for inspection, 1
9: compatible sensor discriminating circuit, 20: memory for storing suitable pulse, 21: comparator.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光ビームを発する光源と、距離を測定し
ようとする方向の光路上に設置され前記光ビームを被検
出物体上に照射して輝点を形成させる投光レンズと、前
記光ビームの光路と異なる方向の光路上の前記輝点から
の反射光を集光する受光レンズと、前記輝点の実像を受
光する受光素子と、この受光素子上の実像の位置を2つ
の出力電流として得た位置出力から演算によって求める
演算回路と、その演算出力をリニアライズ補正する補正
回路とを備え、前記光ビーム方向の位置を計測する測距
装置において、 前記輝点の位置を前記位置出力信号に変換するセンサ部
には可変インピーダンス素子を設けるとともに、前記位
置出力信号を増幅,演算,リニア補正するコントローラ
部には前記インピーダンス素子のインピーダンス値に応
じて異なる周期のパルスを出力する発振器と、この発振
器からのパルスを受信して前記センサ部がコントローラ
部に適合するか否かを判別する判別回路とを設けたこと
を特徴とする測距装置。
1. A light source for emitting a light beam, a light projecting lens installed on an optical path in a direction in which a distance is to be measured and irradiating the light beam onto an object to be detected to form a bright spot, and the light beam A light-receiving lens for condensing reflected light from the bright spot on an optical path in a direction different from that of the light-receiving element, a light-receiving element for receiving a real image of the bright spot, and a position of the real image on the light-receiving element as two output currents. A distance measuring device for measuring the position in the light beam direction, comprising: an arithmetic circuit for calculating by arithmetic operation from the obtained position output; and a correction circuit for linearizing correction of the arithmetic output. A variable impedance element is provided in a sensor unit for converting the position output signal, and a controller unit for amplifying, calculating, and linearly correcting the position output signal is provided in accordance with the impedance value of the impedance element. An oscillator for outputting a pulse of different periods, the distance measuring apparatus the sensor unit receives a pulse from the oscillator is characterized by providing a discriminating circuit for discriminating whether or not to conform to the controller unit.
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