JP3028001B2 - 光学式変位計 - Google Patents
光学式変位計Info
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- JP3028001B2 JP3028001B2 JP3157930A JP15793091A JP3028001B2 JP 3028001 B2 JP3028001 B2 JP 3028001B2 JP 3157930 A JP3157930 A JP 3157930A JP 15793091 A JP15793091 A JP 15793091A JP 3028001 B2 JP3028001 B2 JP 3028001B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、間欠投光するレーザ
ビームを測定対象物に当てて、その光像を位置検出素子
（ＰＳＤ）上に結像させ、位置検出素子の２出力を用い
て測定対象物の変位を測定してその変位量をアナログ信
号として出力する光学式変位計に関する。
ビームを測定対象物に当てて、その光像を位置検出素子
（ＰＳＤ）上に結像させ、位置検出素子の２出力を用い
て測定対象物の変位を測定してその変位量をアナログ信
号として出力する光学式変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学式変位計として例えば図６、
図７の回路が存在する。図６の回路から説明すると、こ
の装置は、測定対象４０に検査光を照射する投光素子４
１と、投光素子４１を間欠的に発光させる投光制御部４
２と、投光素子からの検査光を収束させる投光レンズ４
３と、測定対象からの反射光を収束させる受光レンズ４
４と、受光素子４５と、受光素子４５の出力電流を基に
して測定対象物４０の位置を測定する測定部４６とで構
成されている。そして、投光制御部４２は、投光素子４
１を間欠的に発光させる投光素子駆動回路４７と、投光
素子４１の発光タイミング等を制御するパルスを発生す
るタイミングパルス発生回路４８で構成され、また、測
定部４６は、受光素子４５の出力電流ＩA ，ＩB に比例
した電圧を出力する信号増幅回路４９、５０と、信号増
幅回路４９、５０の出力電圧の差を求める減算回路５１
と、信号増幅回路４９、５０の出力電圧の和を求める加
算回路５２と、タイミングパルス発生回路４８からのサ
ンプリングパルスＰS によって減算回路５１と加算回路
５２の各出力電圧を取り込むサンプルホールド回路（以
下Ｓ／Ｈ回路ということがある）５３、５４と、Ｓ／Ｈ
回路５３の出力電圧をＳ／Ｈ回路５４の出力電圧で除算
する除算回路５５とで構成されている。
図７の回路が存在する。図６の回路から説明すると、こ
の装置は、測定対象４０に検査光を照射する投光素子４
１と、投光素子４１を間欠的に発光させる投光制御部４
２と、投光素子からの検査光を収束させる投光レンズ４
３と、測定対象からの反射光を収束させる受光レンズ４
４と、受光素子４５と、受光素子４５の出力電流を基に
して測定対象物４０の位置を測定する測定部４６とで構
成されている。そして、投光制御部４２は、投光素子４
１を間欠的に発光させる投光素子駆動回路４７と、投光
素子４１の発光タイミング等を制御するパルスを発生す
るタイミングパルス発生回路４８で構成され、また、測
定部４６は、受光素子４５の出力電流ＩA ，ＩB に比例
した電圧を出力する信号増幅回路４９、５０と、信号増
幅回路４９、５０の出力電圧の差を求める減算回路５１
と、信号増幅回路４９、５０の出力電圧の和を求める加
算回路５２と、タイミングパルス発生回路４８からのサ
ンプリングパルスＰS によって減算回路５１と加算回路
５２の各出力電圧を取り込むサンプルホールド回路（以
下Ｓ／Ｈ回路ということがある）５３、５４と、Ｓ／Ｈ
回路５３の出力電圧をＳ／Ｈ回路５４の出力電圧で除算
する除算回路５５とで構成されている。
【０００３】以上のように構成される図６の装置の動作
は次の通りである。投光素子駆動回路４７は、タイミン
グパルス発生回路４８からの投光用パルスＰL に従っ
て、投光素子４１からパルス状のビームを出力させる。
そして、このビームは、投光レンズ４３の作用によって
測定対象物４０に結像し、反射光は受光レンズ４４の作
用によって受光素子４５の上に結像する。すると、受光
素子４５からは結像位置に応じた受光信号ＩA ，ＩB が
出力され、信号増幅回路４９，５０、減算回路５１、加
算回路５２で処理されるので、Ｓ／Ｈ回路５３への入力
信号はＩA −ＩB に比例した値であり、またＳ／Ｈ回路
５４への入力信号はＩA ＋ＩB に比例した値となる。こ
の両信号は、それぞれタイミングパルス発生回路４８か
らのサンプリングパルスＰS に同期してＳ／Ｈ回路５
３、５４に取り込まれ、次のサンプリングパルスＰS が
入力されるまでの間その値が保持される。除算回路５５
は、Ｓ／Ｈ回路５３の出力をＳ／Ｈ回路５４の出力で除
算するので除算回路５５の出力は（ＩA −ＩB ）／（Ｉ
A ＋ＩB ）の値に比例したものとなる。周知のように、
測定対象物４０の基準位置からの変位量Ｌは、上記（Ｉ
A −ＩB ）／（ＩA＋ＩB）の値に比例するので、結局、
除算回路５５の出力値によって測定対象物の変位量が測
定できることになる。
は次の通りである。投光素子駆動回路４７は、タイミン
グパルス発生回路４８からの投光用パルスＰL に従っ
て、投光素子４１からパルス状のビームを出力させる。
そして、このビームは、投光レンズ４３の作用によって
測定対象物４０に結像し、反射光は受光レンズ４４の作
用によって受光素子４５の上に結像する。すると、受光
素子４５からは結像位置に応じた受光信号ＩA ，ＩB が
出力され、信号増幅回路４９，５０、減算回路５１、加
算回路５２で処理されるので、Ｓ／Ｈ回路５３への入力
信号はＩA −ＩB に比例した値であり、またＳ／Ｈ回路
５４への入力信号はＩA ＋ＩB に比例した値となる。こ
の両信号は、それぞれタイミングパルス発生回路４８か
らのサンプリングパルスＰS に同期してＳ／Ｈ回路５
３、５４に取り込まれ、次のサンプリングパルスＰS が
入力されるまでの間その値が保持される。除算回路５５
は、Ｓ／Ｈ回路５３の出力をＳ／Ｈ回路５４の出力で除
算するので除算回路５５の出力は（ＩA −ＩB ）／（Ｉ
A ＋ＩB ）の値に比例したものとなる。周知のように、
測定対象物４０の基準位置からの変位量Ｌは、上記（Ｉ
A −ＩB ）／（ＩA＋ＩB）の値に比例するので、結局、
除算回路５５の出力値によって測定対象物の変位量が測
定できることになる。
【０００４】次に別の従来例である図７の装置を説明す
る。この装置も図６の装置とほぼ同じであり、同じ箇所
には同じ番号を付している。図６の装置との相違はタイ
ミングパルス発生回路４８がサンプリングパルスＡの他
にサンプリングパルスＢを出力する点と、Ｓ／Ｈ回路５
３が存在せず、除算回路５５の後段にハイパスフィルタ
５６とＳ／Ｈ回路５７を設ける点にある。そして、この
装置の主要部分の波形を図８に図示している。すなわ
ち、（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ（ａ）投光用パルスＰ
L 、（ｂ）サンプリングパルスＡ、（ｃ）減算回路５１
の出力、（ｄ）加算回路５２の出力、（ｅ）除算回路５
５の出力、（ｆ）サンプリングパルスＢ、（ｇ）Ｓ／Ｈ
回路５７の出力を示している。なお、サンプリングパル
スＢは、サンプリングパルスＡより立ち上がりが遅れ、
立ち下がりがＡと同時か又は少し早いパルスである。
る。この装置も図６の装置とほぼ同じであり、同じ箇所
には同じ番号を付している。図６の装置との相違はタイ
ミングパルス発生回路４８がサンプリングパルスＡの他
にサンプリングパルスＢを出力する点と、Ｓ／Ｈ回路５
３が存在せず、除算回路５５の後段にハイパスフィルタ
５６とＳ／Ｈ回路５７を設ける点にある。そして、この
装置の主要部分の波形を図８に図示している。すなわ
ち、（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ（ａ）投光用パルスＰ
L 、（ｂ）サンプリングパルスＡ、（ｃ）減算回路５１
の出力、（ｄ）加算回路５２の出力、（ｅ）除算回路５
５の出力、（ｆ）サンプリングパルスＢ、（ｇ）Ｓ／Ｈ
回路５７の出力を示している。なお、サンプリングパル
スＢは、サンプリングパルスＡより立ち上がりが遅れ、
立ち下がりがＡと同時か又は少し早いパルスである。
【０００５】以下、図８の波形を参照しつつ図７の回路
の動作を説明する。投光用パルスＰ L （サンプリングパ
ルスＡと同じ）が出力されると、図６の回路と同様の動
作をして減算回路５１と加算回路５２にはそれぞれ（Ｉ
A −ＩB ）と（ＩA ＋ＩB ）に比例した電圧が出力され
る（図８のｃ，ｄ参照）。加算回路５２の出力はＳ／Ｈ
回路５４に加わっているので、この電圧は、サンプリン
グパルスＡに同期してＳ／Ｈ回路５４に取り込まれ、次
のサンプリングパルスＡが入力されるまで保持される
（図８のｄの破線参照）。減算回路５１の出力（図８の
ｃ）は、Ｓ／Ｈ回路５４の出力（図８のｄの破線）で除
算されるので、除算回路５５の出力は図８の（ｅ）のよ
うに求まる。そして、この電圧はハイパスフィルタ５６
を通過するときにオフセット電圧を含む直流分が除去さ
れ、サンプリングパルスＢ（図８のｆ参照）に同期して
Ｓ／Ｈ回路５７に取り込まれ保持される（図８のｇ参
照）。以上の動作の結果、Ｓ／Ｈ回路５７は（ＩA −Ｉ
B ）／（ＩA ＋ＩB ）の値に比例する電圧を出力するの
で、図７の装置も図６の装置と同様に測定対象物の変位
量が測定できることになる。なお、図７の装置の特徴は
パイパスフィルタ５６によって除算回路５５のオフセッ
ト電圧を除去する点にある。
の動作を説明する。投光用パルスＰ L （サンプリングパ
ルスＡと同じ）が出力されると、図６の回路と同様の動
作をして減算回路５１と加算回路５２にはそれぞれ（Ｉ
A −ＩB ）と（ＩA ＋ＩB ）に比例した電圧が出力され
る（図８のｃ，ｄ参照）。加算回路５２の出力はＳ／Ｈ
回路５４に加わっているので、この電圧は、サンプリン
グパルスＡに同期してＳ／Ｈ回路５４に取り込まれ、次
のサンプリングパルスＡが入力されるまで保持される
（図８のｄの破線参照）。減算回路５１の出力（図８の
ｃ）は、Ｓ／Ｈ回路５４の出力（図８のｄの破線）で除
算されるので、除算回路５５の出力は図８の（ｅ）のよ
うに求まる。そして、この電圧はハイパスフィルタ５６
を通過するときにオフセット電圧を含む直流分が除去さ
れ、サンプリングパルスＢ（図８のｆ参照）に同期して
Ｓ／Ｈ回路５７に取り込まれ保持される（図８のｇ参
照）。以上の動作の結果、Ｓ／Ｈ回路５７は（ＩA −Ｉ
B ）／（ＩA ＋ＩB ）の値に比例する電圧を出力するの
で、図７の装置も図６の装置と同様に測定対象物の変位
量が測定できることになる。なお、図７の装置の特徴は
パイパスフィルタ５６によって除算回路５５のオフセッ
ト電圧を除去する点にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】まず、図６の回路を検
討すると、この回路では除算回路の両入力にサンプルホ
ールドされた直流信号を入力しているので、除算回路の
オフセットの影響や温度ドリフトの影響を大きく受け、
その為変位測定の精度が悪いという問題がある。そし
て、この弊害は特に分母入力、すなわち、Ｓ／Ｈ回路５
４の出力値（加算回路５２の出力値）が小さい場合に顕
著である。
討すると、この回路では除算回路の両入力にサンプルホ
ールドされた直流信号を入力しているので、除算回路の
オフセットの影響や温度ドリフトの影響を大きく受け、
その為変位測定の精度が悪いという問題がある。そし
て、この弊害は特に分母入力、すなわち、Ｓ／Ｈ回路５
４の出力値（加算回路５２の出力値）が小さい場合に顕
著である。
【０００７】一方図７の回路にも、次の問題点がある。
すなわち、図７の回路では減算回路５１の出力をサンプ
ルホールドしないで直接除算回路５５に入力し、除算回
路５５の出力をハイパスフィルタ５６を通してサンプル
ホールドしているので、受光信号に乗っているノイズ信
号を除算回路５５の手前で除去し難いという問題があ
る。そのため、このノイズは除算回路５５で増幅される
ことになり、結局、変位計測信号のＳ／Ｎ比を悪くする
ことになる。この弊害もＳ／Ｈ回路５４の出力値が小さ
い場合に顕著である。
すなわち、図７の回路では減算回路５１の出力をサンプ
ルホールドしないで直接除算回路５５に入力し、除算回
路５５の出力をハイパスフィルタ５６を通してサンプル
ホールドしているので、受光信号に乗っているノイズ信
号を除算回路５５の手前で除去し難いという問題があ
る。そのため、このノイズは除算回路５５で増幅される
ことになり、結局、変位計測信号のＳ／Ｎ比を悪くする
ことになる。この弊害もＳ／Ｈ回路５４の出力値が小さ
い場合に顕著である。
【０００８】また、図７の装置のように除算回路５５の
出力がノイズ成分を含んだままサンプルホールドされる
と、信号に含まれていた高周波ノイズが低周波ノイズに
変換されるので、このノイズを除去することが困難とな
る。すなわち、低周波ノイズを除去するには大容量のコ
ンデンサを有するローパスフィルタが必要となるが、も
し、このようなフィルタを採用すると、応答周波数が低
くなり、かつ実装面積が大きくなるという不具合が新た
に生じるからである。
出力がノイズ成分を含んだままサンプルホールドされる
と、信号に含まれていた高周波ノイズが低周波ノイズに
変換されるので、このノイズを除去することが困難とな
る。すなわち、低周波ノイズを除去するには大容量のコ
ンデンサを有するローパスフィルタが必要となるが、も
し、このようなフィルタを採用すると、応答周波数が低
くなり、かつ実装面積が大きくなるという不具合が新た
に生じるからである。
【０００９】この発明はかかる問題点に鑑みたものであ
り、変位計測出力のＳ／Ｎ比や測定精度及び変位に対す
る分解能が良好であり、かつ応答周波数も高い光学式変
位形を提供することを目的とする。
り、変位計測出力のＳ／Ｎ比や測定精度及び変位に対す
る分解能が良好であり、かつ応答周波数も高い光学式変
位形を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、検査光を間欠的に測定対象物に照射し、
その反射光を位置検出素子上に結像させ、位置検出素子
の２つの出力信号を基にして測定対象物の変位量をアナ
ログ信号として出力する光学式変位計において、検査光
の照射タイミングを指示する投光用パルス、投光用パル
スより遅れて出力される第１のサンプリングパルス、投
光用パルスに同期して出力され投光用パルスよりパルス
幅の広い分子切替えパルス、投光用パルスに先行して出
力されるオフセット除去パルス、及び第１のサンプリン
グパルスの出力後に出力期間が重複することなく出力さ
れる第２のサンプリングパルスのそれぞれを出力するタ
イミングパルス発生回路と、位置検出素子の出力電流を
各々これに比例する電圧値に変換する第１と第２の増幅
回路と、この第１と第２の増幅回路の出力電圧を加算す
る加算回路と、前記第１の増幅回路と加算回路の出力電
圧をそれぞれ前記第１のサンプリングパルスに同期して
取り込む第１と第２のサンプルホールド回路と、この第
１のサンプルホールド回路と前記第１の増幅回路の出力
を受け、この２つの信号のいずれか一方を、前記分子切
替えパルスのレベルの変化に応じて、切替えて出力する
分子信号切替え回路と、この分子信号切替え回路の出力
を前記第２のサンプルホールド回路の出力で除算する除
算回路と、前記オフセット除去信号を利用して、除算回
路の出力からオフセット信号を除去するオフセット信号
除去回路と、このオフセット信号除去回路の出力を前記
第２のサンプリングパルスに同期して取り込む第３のサ
ンプルホールド回路とで構成されている。
め、本発明は、検査光を間欠的に測定対象物に照射し、
その反射光を位置検出素子上に結像させ、位置検出素子
の２つの出力信号を基にして測定対象物の変位量をアナ
ログ信号として出力する光学式変位計において、検査光
の照射タイミングを指示する投光用パルス、投光用パル
スより遅れて出力される第１のサンプリングパルス、投
光用パルスに同期して出力され投光用パルスよりパルス
幅の広い分子切替えパルス、投光用パルスに先行して出
力されるオフセット除去パルス、及び第１のサンプリン
グパルスの出力後に出力期間が重複することなく出力さ
れる第２のサンプリングパルスのそれぞれを出力するタ
イミングパルス発生回路と、位置検出素子の出力電流を
各々これに比例する電圧値に変換する第１と第２の増幅
回路と、この第１と第２の増幅回路の出力電圧を加算す
る加算回路と、前記第１の増幅回路と加算回路の出力電
圧をそれぞれ前記第１のサンプリングパルスに同期して
取り込む第１と第２のサンプルホールド回路と、この第
１のサンプルホールド回路と前記第１の増幅回路の出力
を受け、この２つの信号のいずれか一方を、前記分子切
替えパルスのレベルの変化に応じて、切替えて出力する
分子信号切替え回路と、この分子信号切替え回路の出力
を前記第２のサンプルホールド回路の出力で除算する除
算回路と、前記オフセット除去信号を利用して、除算回
路の出力からオフセット信号を除去するオフセット信号
除去回路と、このオフセット信号除去回路の出力を前記
第２のサンプリングパルスに同期して取り込む第３のサ
ンプルホールド回路とで構成されている。
【００１１】
【作用】ダイミングパルス発生回路が投光用パルスを出
力すると、測定対象物からの反射光が位置検出素子に結
像して、位置検出素子は、２種類の信号電流を出力す
る。そして、この位置検出素子の信号電流は第１と第２
の増幅回路及び加算回路で処理された後、第１の信号と
第２の信号として、それぞれ第１と第２のサンプルホー
ルド回路に加わる。そして、この２つ信号は、第１のサ
ンプリングパルスに同期して、それぞれ第１と第２のサ
ンプルホールド回路に記憶される。第１のサンプルホー
ルド回路の出力は、分子信号切替え回路に加わるが、分
子信号切替え回路には、位置検出素子が動作していない
時の回路のオフセット電圧も加わっている。
力すると、測定対象物からの反射光が位置検出素子に結
像して、位置検出素子は、２種類の信号電流を出力す
る。そして、この位置検出素子の信号電流は第１と第２
の増幅回路及び加算回路で処理された後、第１の信号と
第２の信号として、それぞれ第１と第２のサンプルホー
ルド回路に加わる。そして、この２つ信号は、第１のサ
ンプリングパルスに同期して、それぞれ第１と第２のサ
ンプルホールド回路に記憶される。第１のサンプルホー
ルド回路の出力は、分子信号切替え回路に加わるが、分
子信号切替え回路には、位置検出素子が動作していない
時の回路のオフセット電圧も加わっている。
【００１２】分子信号切替え回路に加わっているこの２
つの信号は、オフセット除去パルスのレベルに応じて切
替えて出力され、除算回路には２つの信号のいずれか一
方の信号が加わる。そして、除算回路では分子切替え回
路の出力を第２のサンプルホールド回路の出力で除算す
る。オフセット信号除去回路には、位置検出素子が動作
していない時の除算回路の出力（オフセット）がオフセ
ット除去パルスに同期して記憶されているので、位置検
出素子からの本来の信号が加わったときにはこのオフセ
ット分が減算がされて出力される。つまり、オフセット
信号除去回路からは、本来の信号に含まれているオフセ
ット信号が除去された信号が出力される。そして、この
オフセット信号を除去した信号は、第２のサンプリング
パルスに同期して第３のサンプルホールド回路に記憶さ
れ、変位計測信号として第３のサンプルホールド回路か
ら出力される。
つの信号は、オフセット除去パルスのレベルに応じて切
替えて出力され、除算回路には２つの信号のいずれか一
方の信号が加わる。そして、除算回路では分子切替え回
路の出力を第２のサンプルホールド回路の出力で除算す
る。オフセット信号除去回路には、位置検出素子が動作
していない時の除算回路の出力（オフセット）がオフセ
ット除去パルスに同期して記憶されているので、位置検
出素子からの本来の信号が加わったときにはこのオフセ
ット分が減算がされて出力される。つまり、オフセット
信号除去回路からは、本来の信号に含まれているオフセ
ット信号が除去された信号が出力される。そして、この
オフセット信号を除去した信号は、第２のサンプリング
パルスに同期して第３のサンプルホールド回路に記憶さ
れ、変位計測信号として第３のサンプルホールド回路か
ら出力される。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の一実施例である。この装置
は、測定対象１に検査光を照射する投光素子２と、投光
素子２を間欠的に発光させる投光素子駆動回路３と、投
光レンズ４と、受光レンズ５と、受光素子６と、受光素
子６の出力電流を基にして測定対象物１の位置を測定す
る測定制御部７とで構成されている。そして、測定制御
部７は、投光用パルスＰL 、第１のサンプリングパルス
ＰS1、分子切替えパルスＰD 、オフセット除去パルスＰ
OFF 、及び第２のサンプリングパルスＰS2を発生するタ
イミングパルス発生回路８と、信号増幅回路９，１０
と、減算回路１１と、加算回路１２と、第１のサンプリ
ングパルスＰS1に同期して減算回路１１と加算回路１２
の各出力電圧を取り込むＳ／Ｈ回路１３，１４と、Ｓ／
Ｈ回路１３と減算回路１１の出力電圧を受け、分子切替
えパルスＰD のレベルに応じていずれか一方の電圧を出
力する分子信号切替え回路１５と、分子信号切替え回路
１５の出力電圧をＳ／Ｈ回路１４の出力電圧で除算する
除算回路１６と、除算回路１６の出力電圧からオフセッ
ト信号を除去するオフセット信号除去回路１７と、オフ
セット信号除去回路１７の出力電圧を第２のサンプリン
グパルスＰS2に同期して取り込むＳ／Ｈ回路１８とで構
成されている。また、分子信号切替え回路１５は、Ｈレ
ベルの信号が加わるとＯＮ状態になるスイッチ素子
Ｓ1 ，Ｓ2 と、分子切替えパルスＰD を反転させるＮＯ
Ｔゲート１９で構成されている。
は、測定対象１に検査光を照射する投光素子２と、投光
素子２を間欠的に発光させる投光素子駆動回路３と、投
光レンズ４と、受光レンズ５と、受光素子６と、受光素
子６の出力電流を基にして測定対象物１の位置を測定す
る測定制御部７とで構成されている。そして、測定制御
部７は、投光用パルスＰL 、第１のサンプリングパルス
ＰS1、分子切替えパルスＰD 、オフセット除去パルスＰ
OFF 、及び第２のサンプリングパルスＰS2を発生するタ
イミングパルス発生回路８と、信号増幅回路９，１０
と、減算回路１１と、加算回路１２と、第１のサンプリ
ングパルスＰS1に同期して減算回路１１と加算回路１２
の各出力電圧を取り込むＳ／Ｈ回路１３，１４と、Ｓ／
Ｈ回路１３と減算回路１１の出力電圧を受け、分子切替
えパルスＰD のレベルに応じていずれか一方の電圧を出
力する分子信号切替え回路１５と、分子信号切替え回路
１５の出力電圧をＳ／Ｈ回路１４の出力電圧で除算する
除算回路１６と、除算回路１６の出力電圧からオフセッ
ト信号を除去するオフセット信号除去回路１７と、オフ
セット信号除去回路１７の出力電圧を第２のサンプリン
グパルスＰS2に同期して取り込むＳ／Ｈ回路１８とで構
成されている。また、分子信号切替え回路１５は、Ｈレ
ベルの信号が加わるとＯＮ状態になるスイッチ素子
Ｓ1 ，Ｓ2 と、分子切替えパルスＰD を反転させるＮＯ
Ｔゲート１９で構成されている。
【００１４】図２は、Ｓ／Ｈ回路１３，１４，１８の内
部回路を示したものであり、このＳ／Ｈ回路は、積分回
路を形成する抵抗２０とコンデンサ２１と、ボルテージ
ホロワーを形成する増幅器２２と、入力信号が積分回路
に加わるか否かがＧＡＴＥパルスのレベルによって制御
されるアナログスイッチ２３とで構成されている。ま
た、図３は、オフセット信号除去回路１７の内部回路を
示したものであり、このオフセット信号除去回路１７
は、入力信号によって充電されるコンデンサ２４と、ボ
ルテージホロワーを形成する増幅器２５と、増幅器２５
の＋端子とアース間の接続をＧＡＴＥパルスのレベルに
よって制御するアナログスイッチ２６とで構成されてい
る。
部回路を示したものであり、このＳ／Ｈ回路は、積分回
路を形成する抵抗２０とコンデンサ２１と、ボルテージ
ホロワーを形成する増幅器２２と、入力信号が積分回路
に加わるか否かがＧＡＴＥパルスのレベルによって制御
されるアナログスイッチ２３とで構成されている。ま
た、図３は、オフセット信号除去回路１７の内部回路を
示したものであり、このオフセット信号除去回路１７
は、入力信号によって充電されるコンデンサ２４と、ボ
ルテージホロワーを形成する増幅器２５と、増幅器２５
の＋端子とアース間の接続をＧＡＴＥパルスのレベルに
よって制御するアナログスイッチ２６とで構成されてい
る。
【００１５】以上の構成からなる図１の回路について、
回路の主要部分の動作波形を図４に図示している。すな
わち、図４の（ａ）〜（ｋ）は、それぞれ（ａ）投光用
パルスＰL、（ｂ）第１のサンプリングパルスＰS1、
（ｃ）減算回路１１の出力、（ｄ）加算回路１２の出
力、（ｅ）分子切替えパルスＰD 、（ｆ）分子信号切替
え回路１５の出力、（ｇ）除算回路１６の出力、（ｈ)
オフセット除去パルスＰOFF 、（ｉ）オフセット信号除
去回路１７の出力、（ｊ）第２のサンプリングパルスＰ
S2、（ｋ）Ｓ／Ｈ回路１８の出力（変位計測出力）を示
している。
回路の主要部分の動作波形を図４に図示している。すな
わち、図４の（ａ）〜（ｋ）は、それぞれ（ａ）投光用
パルスＰL、（ｂ）第１のサンプリングパルスＰS1、
（ｃ）減算回路１１の出力、（ｄ）加算回路１２の出
力、（ｅ）分子切替えパルスＰD 、（ｆ）分子信号切替
え回路１５の出力、（ｇ）除算回路１６の出力、（ｈ)
オフセット除去パルスＰOFF 、（ｉ）オフセット信号除
去回路１７の出力、（ｊ）第２のサンプリングパルスＰ
S2、（ｋ）Ｓ／Ｈ回路１８の出力（変位計測出力）を示
している。
【００１６】以下、図４を参照しつつ図１の回路の動作
を説明する。タンミングパルス発生回路８から投光パル
スＰL （図４のａ参照）が出力されると、投光素子駆動
回路３が動作して検査光が測定対象物１に照射され、反
射光が受光素子６に結像する。そして、受光素子６の出
力信号ＩA ，ＩB が信号増幅回路９，１０、減算回路１
１、加算回路１２で処理され、ＩA −ＩB に比例した値
がＳ／Ｈ回路１３に加わり、ＩA ＋ＩB に比例した値が
Ｓ／Ｈ回路１４に加わる（図４のｃ，ｄ参照）。この両
信号は第１のサンプリングパルスＰS1に同期してＳ／Ｈ
回路１３、１４に取り込まれ、Ｔ1 の区間Ｓ／Ｈ回路に
保持される（図４のｃ，ｄの破線参照）。つまり、図４
ではＳ／Ｈ回路１３、１４の出力電圧を（ｃ），（ｄ）
の破線で図示している。ところで、分子信号切替え回路
１５には、投光パルスＰL と同期して立ち上がる分子切
替えパルスＰD が加わっている（図４のｅ参照）。その
為、分子切替えパルスＰD がＨレベルの期間はスイッチ
素子Ｓ1 がＯＮ状態になり、Ｓ／Ｈ回路１３の出力電圧
が、そのままのレベルで分子信号切替え回路１５から出
力される。除算回路１６には、この分子信号切替え回路
１５の出力電圧とＳ／Ｈ回路１４の出力電圧が加わって
いるので、除算回路１６は、図４のＴ2 の期間（ＩA −
ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ）に比例した値Ｅ- ／Ｅ+ を出力
する。なお、Ｓ／Ｈ回路１３の出力電圧をＥ- とし、Ｓ
／Ｈ回路１４の出力電圧をＥ+ とした。この時、オフセ
ット除去パルスＰOFF はＬレベルであるから（図４のｈ
参照）、アナログスイッチ２６はＯＦＦ状態であり（図
３参照）、従って、除算回路１６の出力電圧はコンデン
サ２４の両端電圧に重畳されて増幅器２５に加わり、オ
フセット信号除去回路１７から出力される。そして、こ
のオフセット信号除去回路１７の出力は第２のサンプリ
ングパルスＰS2がＨレベルになるタイミングに同期して
Ｓ／Ｈ回路１８に取り込まれ、Ｔ3 の期間その値が保持
される（図４のｊ，ｋ参照）。
を説明する。タンミングパルス発生回路８から投光パル
スＰL （図４のａ参照）が出力されると、投光素子駆動
回路３が動作して検査光が測定対象物１に照射され、反
射光が受光素子６に結像する。そして、受光素子６の出
力信号ＩA ，ＩB が信号増幅回路９，１０、減算回路１
１、加算回路１２で処理され、ＩA −ＩB に比例した値
がＳ／Ｈ回路１３に加わり、ＩA ＋ＩB に比例した値が
Ｓ／Ｈ回路１４に加わる（図４のｃ，ｄ参照）。この両
信号は第１のサンプリングパルスＰS1に同期してＳ／Ｈ
回路１３、１４に取り込まれ、Ｔ1 の区間Ｓ／Ｈ回路に
保持される（図４のｃ，ｄの破線参照）。つまり、図４
ではＳ／Ｈ回路１３、１４の出力電圧を（ｃ），（ｄ）
の破線で図示している。ところで、分子信号切替え回路
１５には、投光パルスＰL と同期して立ち上がる分子切
替えパルスＰD が加わっている（図４のｅ参照）。その
為、分子切替えパルスＰD がＨレベルの期間はスイッチ
素子Ｓ1 がＯＮ状態になり、Ｓ／Ｈ回路１３の出力電圧
が、そのままのレベルで分子信号切替え回路１５から出
力される。除算回路１６には、この分子信号切替え回路
１５の出力電圧とＳ／Ｈ回路１４の出力電圧が加わって
いるので、除算回路１６は、図４のＴ2 の期間（ＩA −
ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ）に比例した値Ｅ- ／Ｅ+ を出力
する。なお、Ｓ／Ｈ回路１３の出力電圧をＥ- とし、Ｓ
／Ｈ回路１４の出力電圧をＥ+ とした。この時、オフセ
ット除去パルスＰOFF はＬレベルであるから（図４のｈ
参照）、アナログスイッチ２６はＯＦＦ状態であり（図
３参照）、従って、除算回路１６の出力電圧はコンデン
サ２４の両端電圧に重畳されて増幅器２５に加わり、オ
フセット信号除去回路１７から出力される。そして、こ
のオフセット信号除去回路１７の出力は第２のサンプリ
ングパルスＰS2がＨレベルになるタイミングに同期して
Ｓ／Ｈ回路１８に取り込まれ、Ｔ3 の期間その値が保持
される（図４のｊ，ｋ参照）。
【００１７】次に、投光パルスＰL がＬレベルで分子入
力切替えパルスＰD がＬレベルとなる期間（図４の
Ｔ0 ）に着目して、オフセット信号除去回路の動作を更
に詳述する。この時は、投光用パルスＰL がＬレベルで
あるので、受光素子６には検査光が結像されておらず、
従って、減算回路１１の出力は回路のオフセット電圧の
みである。また分子信号切替え回路１５に加わるパルス
ＰD がＬレベルであるので、スイッチ素子Ｓ2 がＯＮ状
態になり、減算回路１１の出力たるオフセット電圧がそ
のまま除算回路１６に加わる。以上の動作の結果、除算
回路１６からは、（除算回路も含めた回路全体のオフセ
ット電圧をＥOFF とすると）、ＥOFF ／Ｅ+ の値が出力
されることになる。なお、Ｓ／Ｈ回路１４の出力電圧、
つまり加算回路１２の出力電圧をＥ+ とした。この電圧
ＥOFF ／Ｅ+ は、図３に示すコンデンサ２４に加わって
いるが、オフセット信号除去パルスＰOFF がＨレベルに
なるタイミングでアナログスイッチ２６がＯＮするの
で、その結果、コンデンサ２４はＥOFF ／Ｅ+ のレベル
まで充電される。なお、このコンデンサ２４の充電電圧
は、オフセット信号除去パルスＰOFF がＬレベルに変化
した後、その電圧のまま保持される。そして、次の投光
パルスが出力され、この投光パルスに対する除算回路１
６の出力電圧Ｅ- ／Ｅ+ （本来の除算信号にオフセット
電圧が重畳されたもの）がコンデンサ２４に加わると、
除算回路１６の出力電圧Ｅ- ／Ｅ+ からコンデンサの電
圧（前記のＥOFF ／Ｅ+ ）が減算されて増幅器２５から
出力されることになる。つまり、オフセット信号除去回
路１７は、投光用パルスＰL がＬレベルの期間に回路の
オフセット電圧（ＥOFF ／Ｅ+ ）をコンデンサ２４に記
憶しておいて、次の投光用パルスＰL に対する出力値
（Ｅ- ／Ｅ+ ）からこのオフセット電圧を減算すること
によってオフセット電圧を除去している。
力切替えパルスＰD がＬレベルとなる期間（図４の
Ｔ0 ）に着目して、オフセット信号除去回路の動作を更
に詳述する。この時は、投光用パルスＰL がＬレベルで
あるので、受光素子６には検査光が結像されておらず、
従って、減算回路１１の出力は回路のオフセット電圧の
みである。また分子信号切替え回路１５に加わるパルス
ＰD がＬレベルであるので、スイッチ素子Ｓ2 がＯＮ状
態になり、減算回路１１の出力たるオフセット電圧がそ
のまま除算回路１６に加わる。以上の動作の結果、除算
回路１６からは、（除算回路も含めた回路全体のオフセ
ット電圧をＥOFF とすると）、ＥOFF ／Ｅ+ の値が出力
されることになる。なお、Ｓ／Ｈ回路１４の出力電圧、
つまり加算回路１２の出力電圧をＥ+ とした。この電圧
ＥOFF ／Ｅ+ は、図３に示すコンデンサ２４に加わって
いるが、オフセット信号除去パルスＰOFF がＨレベルに
なるタイミングでアナログスイッチ２６がＯＮするの
で、その結果、コンデンサ２４はＥOFF ／Ｅ+ のレベル
まで充電される。なお、このコンデンサ２４の充電電圧
は、オフセット信号除去パルスＰOFF がＬレベルに変化
した後、その電圧のまま保持される。そして、次の投光
パルスが出力され、この投光パルスに対する除算回路１
６の出力電圧Ｅ- ／Ｅ+ （本来の除算信号にオフセット
電圧が重畳されたもの）がコンデンサ２４に加わると、
除算回路１６の出力電圧Ｅ- ／Ｅ+ からコンデンサの電
圧（前記のＥOFF ／Ｅ+ ）が減算されて増幅器２５から
出力されることになる。つまり、オフセット信号除去回
路１７は、投光用パルスＰL がＬレベルの期間に回路の
オフセット電圧（ＥOFF ／Ｅ+ ）をコンデンサ２４に記
憶しておいて、次の投光用パルスＰL に対する出力値
（Ｅ- ／Ｅ+ ）からこのオフセット電圧を減算すること
によってオフセット電圧を除去している。
【００１８】続いて、図２の回路動作の説明を補充して
おく。図２はＳ／Ｈ回路１３、１４、１８の内部回路で
あるが、このＳ／Ｈ回路は抵抗２０とコンデンサ２１と
で積分回路を形成しているので、入力信号に対するロー
パスフィルタとして動作する。つまり、Ｓ／Ｈ回路１
３、１４、１８は、アナログスイッチ２３がＯＮ状態の
とき入力信号をコンデンサ２１に記憶するが、このとき
積分回路の作用によりノイズ成分が低減されることにな
る。そして、このコンデンサ２１の電圧は、アナログス
イッチ２３がＯＦＦ状態になると、次にアナログスイッ
チがＯＮ状態になるまでその値を保持してサンプルホー
ルドの動作をする。
おく。図２はＳ／Ｈ回路１３、１４、１８の内部回路で
あるが、このＳ／Ｈ回路は抵抗２０とコンデンサ２１と
で積分回路を形成しているので、入力信号に対するロー
パスフィルタとして動作する。つまり、Ｓ／Ｈ回路１
３、１４、１８は、アナログスイッチ２３がＯＮ状態の
とき入力信号をコンデンサ２１に記憶するが、このとき
積分回路の作用によりノイズ成分が低減されることにな
る。そして、このコンデンサ２１の電圧は、アナログス
イッチ２３がＯＦＦ状態になると、次にアナログスイッ
チがＯＮ状態になるまでその値を保持してサンプルホー
ルドの動作をする。
【００１９】図５は本発明の他の実施例を示す回路図で
ある。構成は図１の回路とほぼ同じであり、図１の減算
回路１１が図５には存在しない点が相違する。つまり、
図５の回路では、信号増幅回路９の出力が直接Ｓ／Ｈ回
路１３と分子切替え回路１５に加わっている。回路動作
は図１の場合と同じであり、Ｓ／Ｈ回路１３、１４、１
８でノイズ成分が低減され、オフセット信号除去回路１
７で回路のオフセットが除去される。
ある。構成は図１の回路とほぼ同じであり、図１の減算
回路１１が図５には存在しない点が相違する。つまり、
図５の回路では、信号増幅回路９の出力が直接Ｓ／Ｈ回
路１３と分子切替え回路１５に加わっている。回路動作
は図１の場合と同じであり、Ｓ／Ｈ回路１３、１４、１
８でノイズ成分が低減され、オフセット信号除去回路１
７で回路のオフセットが除去される。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では除算回
路の前段に一定の積分時定数を有するＳ／Ｈ回路を設け
ているので、受光信号に含まれるノイズ信号をこのＳ／
Ｈ回路で低減できる。また、除算回路の次段にオフセッ
ト除去回路を設けているので、回路のオフセット電圧を
除去できる。更に、除算回路の次段に一定の積分時定数
を有するＳ／Ｈ回路を設けているので変位計測出力のＳ
／Ｎ比が改善される。
路の前段に一定の積分時定数を有するＳ／Ｈ回路を設け
ているので、受光信号に含まれるノイズ信号をこのＳ／
Ｈ回路で低減できる。また、除算回路の次段にオフセッ
ト除去回路を設けているので、回路のオフセット電圧を
除去できる。更に、除算回路の次段に一定の積分時定数
を有するＳ／Ｈ回路を設けているので変位計測出力のＳ
／Ｎ比が改善される。
【００２１】以上の結果、変位計測出力のＳ／Ｎ比と測
定精度が改善されることになり、また変位に対する分解
能も改善できる。さらに応答周波数を高くすることも可
能となる。
定精度が改善されることになり、また変位に対する分解
能も改善できる。さらに応答周波数を高くすることも可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。
る。
【図２】図１の回路のＳ／Ｈ回路を示す回路図である。
【図３】図１の回路のオフセット信号除去回路を示す回
路図である。
路図である。
【図４】図１の回路の各部の波形を示す波形図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す回路ブロック図であ
る。
る。
【図６】従来例を示す回路ブロック図である。
【図７】別の従来例を示す回路ブロック図である。
【図８】図７の回路の各部の波形を示す波形図である。
１ 測定対象物 ６ 位置検出素子 ８ タイミングパルス発生回路 ９ 第１の増幅回路 １０ 第２の増幅回路 １２ 加算回路 １３ 第１のＳ／Ｈ回路 １４ 第２のＳ／Ｈ回路 １５ 分子信号切替え回路 １６ 除算回路 １７ オフセット信号除去回路 １８ 第３のＳ／Ｈ回路 ＰL 投光用パルス ＰS1 第１のサンプリングパルス ＰD 分子切替えパルス ＰOFF オフセット除去パルス ＰS2 第２のサンプリングパルス
Claims (1)
- 【請求項１】検査光を間欠的に測定対象物に照射し、そ
の反射光を位置検出素子上に結像させ、位置検出素子の
２つの出力信号を基にして測定対象物の変位量をアナロ
グ信号として出力する光学式変位計において、検査光の
照射タイミングを指示する投光用パルス、投光用パルス
より遅れて出力される第１のサンプリングパルス、投光
用パルスに同期して出力され投光用パルスよりパルス幅
の広い分子切替えパルス、投光用パルスに先行して出力
されるオフセット除去パルス、及び第１のサンプリング
パルスの出力後に出力期間が重複することなく出力され
る第２のサンプリングパルスのそれぞれを出力するタイ
ミングパルス発生回路と、位置検出素子の出力電流を各
々これに比例する電圧値に変換する第１と第２の増幅回
路と、この第１と第２の増幅回路の出力電圧を加算する
加算回路と、前記第１の増幅回路と加算回路の出力電圧
をそれぞれ前記第１のサンプリングパルスに同期して取
り込む第１と第２のサンプルホールド回路と、この第１
のサンプルホールド回路と前記第１の増幅回路の出力を
受け、この２つの信号のいずれか一方を、前記分子切替
えパルスのレベルの変化に応じて、切替えて出力する分
子信号切替え回路と、この分子信号切替え回路の出力を
前記第２のサンプルホールド回路の出力で除算する除算
回路と、前記オフセット除去信号を利用して、除算回路
の出力からオフセット信号を除去するオフセット信号除
去回路と、このオフセット信号除去回路の出力を前記第
２のサンプリングパルスに同期して取り込む第３のサン
プルホールド回路とを備えることを特徴とする光学式変
位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3157930A JP3028001B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光学式変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3157930A JP3028001B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光学式変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055618A JPH055618A (ja) | 1993-01-14 |
| JP3028001B2 true JP3028001B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=15660585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3157930A Expired - Fee Related JP3028001B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光学式変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028001B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5588611A (en) * | 1994-03-10 | 1996-12-31 | Nsk Ltd. | Retractor with a clamping mechanism |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP3157930A patent/JP3028001B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055618A (ja) | 1993-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |