JP3000306B2 - レーザ変位計 - Google Patents
レーザ変位計Info
- Publication number
- JP3000306B2 JP3000306B2 JP3180111A JP18011191A JP3000306B2 JP 3000306 B2 JP3000306 B2 JP 3000306B2 JP 3180111 A JP3180111 A JP 3180111A JP 18011191 A JP18011191 A JP 18011191A JP 3000306 B2 JP3000306 B2 JP 3000306B2
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- Japan
- Prior art keywords
- light
- output
- emitting element
- light emitting
- signal
- Prior art date
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、変調した光出力を物体
に向けて出力して物体までの距離の変位を計るようにし
たレ−ザ変位計に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来この種の技術は、発光素子と位置検
出素子（ＰＳＤ）を一組とし、発光素子からは変調した
光信号を物体に向けて出力させ、その反射光を位置検出
素子（以下ＰＳＤと呼ぶ）で受け、その両端からの出力
される電流Ｉ1とＩ2（後述する）の大きさから、物体ま
での距離の変位を測定するようになっている。この場合
Ｉ1及びＩ2電流の大きさは、図５の波形図に示したよう
に、増幅部の出力波形を半周期Ｔ／２毎に取り出し、そ
の差をもって測定することになる。すなわち発光の変調
周期をＴとしたとき、ｔnにおける増幅部の出力をＶ1
H，Ｖ2H，それからＴ／２経過したときの増幅部の出力
をＶ1L，Ｖ2Lとすれば、 Ｉ1＝ｋ（Ｖ1H−Ｖ1L） Ｉ2＝ｋ（Ｖ2H−Ｖ2L） として位置検出素子の両端からの出力される電流Ｉ1，
Ｉ2を決定し、その値から変位を測定するようになって
いる。図４は、この場合の変位測定原理を示したもの
で、発光素子１から出た光は投光レンズを通じ距離Ｒｃ
だけ離れた物体０で反射されＰＳＤ２で受光される。い
ま物体０がΔｒだけ移動したとすると受光スポ ットは
Δχだけ移動し、 Δχ＝ａ・Δｒ／ｂ＋Δｒ （但し、ａ＝ｆ’tanθ、ｂ＝Ｒｃ／cosθ） このときＰＳＤ２の両端から流れ出す電流Ｉ1,Ｉ2,は、
ＰＳＤ２の長さをＬとす ると Ｉ1＝（L/2＋Δχ）／L・Ｉ （但し、Ｉは全電流） Ｉ2＝（L/2−Δχ）／L・Ｉ よってΔχは、 Δχ＝（（Ｉ1−Ｉ2）／（Ｉ1＋Ｉ2））・Ｌ／２ となり、変位量Δｒを求めることができる。したがって
Ｉ1，Ｉ2,の値が正確に求められることが変位計の精度
を向上させるために必要な要因となる。ところで、この
ような変位計において、近接して２組の発光素子１とＰ
ＳＤ２を用いて使う場合や、物体の厚みを計るために対
向した２組の発光素子１とＰＳＤ２を用いる場合には、
一方が他方の光の影響をうけてＩ1,Ｉ2,が正確に得られ
ず正確な測定を行えなくなるため、一方で測定をしてい
る場合は他方の発光素子の出力を停止し、交互に動作さ
せるなどの方法が採用されているのが通例である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
変位計において、上述のように交互に発光素子を点灯さ
せた場合には、受光系では、外乱光などの影響をさける
ために一般に必要周波数以下の信号を遮断する必要があ
り、そのため交流結合して増幅しているのが通例であ
る。しかしながら、変調された信号を、このような交流
結合により増幅をする場合には、増幅部の出力は、図６
に示したように、微分波形となって波形が変動するた
め、変調信号の平均値レベルを中心として上下に変動す
る波形になって出力が安定するまでに時間を要し、正確
な変位値を得ることができず、測定に時間を要するとい
う問題があった。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題を
解決するために提案されるもので、発光素子から変調し
た光パルス信号を物体に向けて出力し、物体からの反射
光を位置検出素子で受け、物体までの距離を測定するレ
ーザ変位計において、上記発光素子は、変調した光パル
ス信号を出力するためのパルス発生回路と、変調した光
パルス信号の平均値となる光信号を出力するためのバイ
アス発生回路とに、スイッチング手段を介して接続され
ており、上記発光素子は、変調した光パルス信号を出力
しないときには、上記スイッチング手段の切換によっ
て、バイアス発生回路に接続され、変調した光パルス信
号の出力時の平均値となる光信号を出力する構成として
いる。 【０００５】 【作用】このような、本発明では、発光素子が変位測定
のために信号を変調させていない期間も、変調時の出力
の平均値となる一定強度でバイアス発光させている。そ
のため、受光系の増幅部の出力は、最初からバイアス値
を中心として、上下に変動することになるので、安定す
るまでに時間を要せず、従って変位値を正確に時間の無
駄なく測定できる。 【０００６】 【実施例】以下に、本発明を実施例をあげて説明する。
図１は本発明のレーザ変位計の基本構成を示したブロッ
ク図であり、図において、１はレーザを発光させる発光
素子、２は位置検出素子（ＰＳＤ）、３は発光素子のド
ライブ回路、４１、４２は電流信号を電圧信号に変換す
るＩ／Ｖ変換回路、５１、５２は増幅部、６は演算部、
Ｃは交流結合のためのコンデンサを示している。本発明
では、発光素子１はドライブ回路３によって駆動され、
物体から反射した光は、ＰＳＤ２で受光され、その両端
より電流Ｉ1,Ｉ2となって出力され、それぞれＩ／Ｖ変
換回路４１，４２で電圧に変換され、コンデンサＣ，Ｃ
によってＡＣ結合された増幅部５１，５２で増幅され
る。増幅部５１，５２で増幅された信号は、演算部６に
入力され、演算部６では前述の式を用いて変位値を計算
し、変位に応じた信号を出力するようになっている。図
２（ａ）は本発明のレーザ変位計による発光出力を表し
たもので、図３はドライブ回路３の一実施例を示してい
る。ここに、ドライブ回路３は、スイッチング手段ＳＷ
の切り換え制御を通じて、パルス発生回路を構成するパ
ルスジェネレータＰＧと、バイアス発生回路を構成する
一定の電圧電源ＥとをアンプＡＭＰに供給して、変調出
力時と、変調出力停止時の動作を切り換えている。アン
プＡＭＰの出力は、トランジスタＴＲをオン、オフさせ
て、発光素子であるレーザダイオードを発光させる構成
となっている。図２（ｂ）は、図２（ａ）の信号を加え
たときの増幅部５１，５２の出力波形を示したもので、
従来方式の図６と違い、発光素子は変調信号を出力しな
いときでも、変調時出力の平均値となる一定の出力でバ
イアス発光されているため、早くから安定した電圧が得
られ、従って時間の無駄なしに、変位信号を得ることが
できる。 【０００７】 【発明の効果】本発明によれば、発光素子は変調信号を
出力しないときでも、変調出力時の平均値レベルでバイ
アス発光させているので、受光系によって受信され増幅
された信号も速く安定するので、時間の無駄なく正確に
変位を測定することができる。
に向けて出力して物体までの距離の変位を計るようにし
たレ−ザ変位計に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来この種の技術は、発光素子と位置検
出素子（ＰＳＤ）を一組とし、発光素子からは変調した
光信号を物体に向けて出力させ、その反射光を位置検出
素子（以下ＰＳＤと呼ぶ）で受け、その両端からの出力
される電流Ｉ1とＩ2（後述する）の大きさから、物体ま
での距離の変位を測定するようになっている。この場合
Ｉ1及びＩ2電流の大きさは、図５の波形図に示したよう
に、増幅部の出力波形を半周期Ｔ／２毎に取り出し、そ
の差をもって測定することになる。すなわち発光の変調
周期をＴとしたとき、ｔnにおける増幅部の出力をＶ1
H，Ｖ2H，それからＴ／２経過したときの増幅部の出力
をＶ1L，Ｖ2Lとすれば、 Ｉ1＝ｋ（Ｖ1H−Ｖ1L） Ｉ2＝ｋ（Ｖ2H−Ｖ2L） として位置検出素子の両端からの出力される電流Ｉ1，
Ｉ2を決定し、その値から変位を測定するようになって
いる。図４は、この場合の変位測定原理を示したもの
で、発光素子１から出た光は投光レンズを通じ距離Ｒｃ
だけ離れた物体０で反射されＰＳＤ２で受光される。い
ま物体０がΔｒだけ移動したとすると受光スポ ットは
Δχだけ移動し、 Δχ＝ａ・Δｒ／ｂ＋Δｒ （但し、ａ＝ｆ’tanθ、ｂ＝Ｒｃ／cosθ） このときＰＳＤ２の両端から流れ出す電流Ｉ1,Ｉ2,は、
ＰＳＤ２の長さをＬとす ると Ｉ1＝（L/2＋Δχ）／L・Ｉ （但し、Ｉは全電流） Ｉ2＝（L/2−Δχ）／L・Ｉ よってΔχは、 Δχ＝（（Ｉ1−Ｉ2）／（Ｉ1＋Ｉ2））・Ｌ／２ となり、変位量Δｒを求めることができる。したがって
Ｉ1，Ｉ2,の値が正確に求められることが変位計の精度
を向上させるために必要な要因となる。ところで、この
ような変位計において、近接して２組の発光素子１とＰ
ＳＤ２を用いて使う場合や、物体の厚みを計るために対
向した２組の発光素子１とＰＳＤ２を用いる場合には、
一方が他方の光の影響をうけてＩ1,Ｉ2,が正確に得られ
ず正確な測定を行えなくなるため、一方で測定をしてい
る場合は他方の発光素子の出力を停止し、交互に動作さ
せるなどの方法が採用されているのが通例である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
変位計において、上述のように交互に発光素子を点灯さ
せた場合には、受光系では、外乱光などの影響をさける
ために一般に必要周波数以下の信号を遮断する必要があ
り、そのため交流結合して増幅しているのが通例であ
る。しかしながら、変調された信号を、このような交流
結合により増幅をする場合には、増幅部の出力は、図６
に示したように、微分波形となって波形が変動するた
め、変調信号の平均値レベルを中心として上下に変動す
る波形になって出力が安定するまでに時間を要し、正確
な変位値を得ることができず、測定に時間を要するとい
う問題があった。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題を
解決するために提案されるもので、発光素子から変調し
た光パルス信号を物体に向けて出力し、物体からの反射
光を位置検出素子で受け、物体までの距離を測定するレ
ーザ変位計において、上記発光素子は、変調した光パル
ス信号を出力するためのパルス発生回路と、変調した光
パルス信号の平均値となる光信号を出力するためのバイ
アス発生回路とに、スイッチング手段を介して接続され
ており、上記発光素子は、変調した光パルス信号を出力
しないときには、上記スイッチング手段の切換によっ
て、バイアス発生回路に接続され、変調した光パルス信
号の出力時の平均値となる光信号を出力する構成として
いる。 【０００５】 【作用】このような、本発明では、発光素子が変位測定
のために信号を変調させていない期間も、変調時の出力
の平均値となる一定強度でバイアス発光させている。そ
のため、受光系の増幅部の出力は、最初からバイアス値
を中心として、上下に変動することになるので、安定す
るまでに時間を要せず、従って変位値を正確に時間の無
駄なく測定できる。 【０００６】 【実施例】以下に、本発明を実施例をあげて説明する。
図１は本発明のレーザ変位計の基本構成を示したブロッ
ク図であり、図において、１はレーザを発光させる発光
素子、２は位置検出素子（ＰＳＤ）、３は発光素子のド
ライブ回路、４１、４２は電流信号を電圧信号に変換す
るＩ／Ｖ変換回路、５１、５２は増幅部、６は演算部、
Ｃは交流結合のためのコンデンサを示している。本発明
では、発光素子１はドライブ回路３によって駆動され、
物体から反射した光は、ＰＳＤ２で受光され、その両端
より電流Ｉ1,Ｉ2となって出力され、それぞれＩ／Ｖ変
換回路４１，４２で電圧に変換され、コンデンサＣ，Ｃ
によってＡＣ結合された増幅部５１，５２で増幅され
る。増幅部５１，５２で増幅された信号は、演算部６に
入力され、演算部６では前述の式を用いて変位値を計算
し、変位に応じた信号を出力するようになっている。図
２（ａ）は本発明のレーザ変位計による発光出力を表し
たもので、図３はドライブ回路３の一実施例を示してい
る。ここに、ドライブ回路３は、スイッチング手段ＳＷ
の切り換え制御を通じて、パルス発生回路を構成するパ
ルスジェネレータＰＧと、バイアス発生回路を構成する
一定の電圧電源ＥとをアンプＡＭＰに供給して、変調出
力時と、変調出力停止時の動作を切り換えている。アン
プＡＭＰの出力は、トランジスタＴＲをオン、オフさせ
て、発光素子であるレーザダイオードを発光させる構成
となっている。図２（ｂ）は、図２（ａ）の信号を加え
たときの増幅部５１，５２の出力波形を示したもので、
従来方式の図６と違い、発光素子は変調信号を出力しな
いときでも、変調時出力の平均値となる一定の出力でバ
イアス発光されているため、早くから安定した電圧が得
られ、従って時間の無駄なしに、変位信号を得ることが
できる。 【０００７】 【発明の効果】本発明によれば、発光素子は変調信号を
出力しないときでも、変調出力時の平均値レベルでバイ
アス発光させているので、受光系によって受信され増幅
された信号も速く安定するので、時間の無駄なく正確に
変位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示したブロック図である。
【図２】本発明のレーザ変位形における信号波形であ
り、 (ａ)は発光素子の出力波形図（バイアス発光）である。 (ｂ)は増幅部の出力波形図である。 【図３】本発明において使用されるドライブ回路の一構
成例を示す図である。 【図４】レーザ変位計による測距原理の説明図である。 【図５】レーザ変位計における電圧測定タイミングを示
す図である。 【図６】従来のレーザ変位計を用いたときの増幅部の出
力波形図である。 【符号の説明】 １は発光素子 ２は位置検出素子 ３はドライブ回路 ４１，４２はＩ／Ｖ変換回路部 ５１，５２は増幅部 ６は演算部
り、 (ａ)は発光素子の出力波形図（バイアス発光）である。 (ｂ)は増幅部の出力波形図である。 【図３】本発明において使用されるドライブ回路の一構
成例を示す図である。 【図４】レーザ変位計による測距原理の説明図である。 【図５】レーザ変位計における電圧測定タイミングを示
す図である。 【図６】従来のレーザ変位計を用いたときの増幅部の出
力波形図である。 【符号の説明】 １は発光素子 ２は位置検出素子 ３はドライブ回路 ４１，４２はＩ／Ｖ変換回路部 ５１，５２は増幅部 ６は演算部
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 7/48 - 7/51
G01S 17/00 - 17/95
G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 発光素子から変調した光パルス信号を物体に向けて出力
し、物体からの反射光を位置検出素子で受け、物体まで
の距離を測定するレーザ変位計において、 上記発光素子は、変調した光パルス信号を出力するため
のパルス発生回路と、変調した光パルス信号の平均値と
なる光信号を出力するためのバイアス発生回路とに、ス
イッチング手段を介して接続されており、 上記発光素子は、変調した光パルス信号を出力しないと
きには、上記スイッチング手段の切換によって、バイア
ス発生回路に接続され、変調した光パルス信号の出力時
の平均値となる光信号を出力する構成にしているレーザ
変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180111A JP3000306B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180111A JP3000306B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052074A JPH052074A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3000306B2 true JP3000306B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=16077615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3180111A Expired - Lifetime JP3000306B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3000306B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3180111A patent/JP3000306B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH052074A (ja) | 1993-01-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990914 |