JP3269320B2 - 光学式変位センサ - Google Patents
光学式変位センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は三角測距方式を用いた光
学式の変位センサに関するものである。
学式の変位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来光学式変位センサは光を測定領域に
照射し、投光ビームとは所定角度傾けて位置検出素子
（ＰＳＤ）等を配置し、物体から得られる反射光を受光
している。そしてＰＳＤの受光位置に基づいて物体まで
の距離を測定するように構成されている。
照射し、投光ビームとは所定角度傾けて位置検出素子
（ＰＳＤ）等を配置し、物体から得られる反射光を受光
している。そしてＰＳＤの受光位置に基づいて物体まで
の距離を測定するように構成されている。
【０００３】しかるにこのような従来の光学式変位セン
サにおいて、検出物体の反射率が異なれば受光レベルが
変動し測定精度が低下するという問題がある。そこで測
定対象物の反射率に応じて投光素子の発光パワーを変化
させる方法が考えられている。図７は従来の三角測距方
式による光学式変位センサの構成を示すブロック図であ
る。本図において半導体レーザ駆動回路１は投光素子で
ある半導体レーザ２をクロック発生器３から与えられる
クロック信号ＣＬ１に基づいて駆動レベル制御信号Ｖｃ
のレベルで周期的に駆動するものである。半導体レーザ
２の発光出力は投光レンズ４を介して物体検知領域に照
射される。この投光ビームと所定角度傾けて受光レンズ
５及びＰＳＤ６が配置される。ＰＳＤ６はその受光位置
に応じて両端に一対の電流出力を得るものであり、その
両端の出力は夫々Ｉ／Ｖ変換器７及び８によって電圧信
号に変換される。Ｉ／Ｖ変換器７，８の出力は加算器９
に入力され、加算される。加算出力はサンプルホールド
回路（以下、Ｓ／Ｈ回路という）１０に入力され、Ｉ／
Ｖ変換器８の出力はＳ／Ｈ回路１１に入力される。Ｓ／
Ｈ回路１０，１１の出力はクロック発生器３からのクロ
ック信号ＣＬ３に基づいて入力信号をサンプリングする
ものであり、その出力は割算器１２に与えられる。この
クロック信号ＣＬ２はクロック信号ＣＬ１と同期し、そ
の立上り時点をわずかに遅らせたものとする。割算器１
２はＩ／Ｖ変換器８の出力を加算器９の出力で割算する
ものであって、距離信号を出力している。この信号は補
正回路１３を介して距離信号として補正されて出力され
る。又Ｓ／Ｈ回路１０の出力は差動増幅回路１４に入力
される。差動増幅回路１４は基準電圧Ｖｒとの差分を半
導体レーザ駆動回路１に駆動レベル制御信号Ｖｃとして
出力するものである。
サにおいて、検出物体の反射率が異なれば受光レベルが
変動し測定精度が低下するという問題がある。そこで測
定対象物の反射率に応じて投光素子の発光パワーを変化
させる方法が考えられている。図７は従来の三角測距方
式による光学式変位センサの構成を示すブロック図であ
る。本図において半導体レーザ駆動回路１は投光素子で
ある半導体レーザ２をクロック発生器３から与えられる
クロック信号ＣＬ１に基づいて駆動レベル制御信号Ｖｃ
のレベルで周期的に駆動するものである。半導体レーザ
２の発光出力は投光レンズ４を介して物体検知領域に照
射される。この投光ビームと所定角度傾けて受光レンズ
５及びＰＳＤ６が配置される。ＰＳＤ６はその受光位置
に応じて両端に一対の電流出力を得るものであり、その
両端の出力は夫々Ｉ／Ｖ変換器７及び８によって電圧信
号に変換される。Ｉ／Ｖ変換器７，８の出力は加算器９
に入力され、加算される。加算出力はサンプルホールド
回路（以下、Ｓ／Ｈ回路という）１０に入力され、Ｉ／
Ｖ変換器８の出力はＳ／Ｈ回路１１に入力される。Ｓ／
Ｈ回路１０，１１の出力はクロック発生器３からのクロ
ック信号ＣＬ３に基づいて入力信号をサンプリングする
ものであり、その出力は割算器１２に与えられる。この
クロック信号ＣＬ２はクロック信号ＣＬ１と同期し、そ
の立上り時点をわずかに遅らせたものとする。割算器１
２はＩ／Ｖ変換器８の出力を加算器９の出力で割算する
ものであって、距離信号を出力している。この信号は補
正回路１３を介して距離信号として補正されて出力され
る。又Ｓ／Ｈ回路１０の出力は差動増幅回路１４に入力
される。差動増幅回路１４は基準電圧Ｖｒとの差分を半
導体レーザ駆動回路１に駆動レベル制御信号Ｖｃとして
出力するものである。
【０００４】図８はこの差動増幅回路１４の一例を示す
回路図である。本図に示すように差動増幅回路１４は、
演算増幅器１５と非反転入力端子への入力抵抗Ｒｉ，フ
ィードバック抵抗Ｒｆ及びこのフィードバック抵抗Ｒｆ
に並列に接続されたコンデンサＣｆを有しており、演算
増幅器１４の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒが入力さ
れて構成されている。コンデンサＣｆは発振を防止する
ためのコンデンサである。
回路図である。本図に示すように差動増幅回路１４は、
演算増幅器１５と非反転入力端子への入力抵抗Ｒｉ，フ
ィードバック抵抗Ｒｆ及びこのフィードバック抵抗Ｒｆ
に並列に接続されたコンデンサＣｆを有しており、演算
増幅器１４の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒが入力さ
れて構成されている。コンデンサＣｆは発振を防止する
ためのコンデンサである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の光学式変位センサでは、白紙のような反射率の高い
物体から黒いゴムのように反射率の低い物体をほぼ同一
レベルで受光するためには、広い範囲で発光レベルを制
御する必要がある。しかし対象物の反射率は大小様々で
あるため、割算器が正しく演算できるように受光電圧を
適正範囲とするために差動増幅回路を設けて帰還をかけ
ている。そして帰還をかけるときに発振を抑制するた
め、差動増幅回路１４に前述したようにコンデンサＣｆ
を付加する。このコンデンサＣｆによって発振はしなく
なるが、投光パワーを制御する全体の応答速度が遅くな
ってしまうという欠点があった。そのため光学式変位セ
ンサを例えばＩＣのリードピンの反りを検出する用途に
用いた場合には、リードの光沢のある反射率が高い物体
に入光したときに測定領域に入っても、変位出力が適正
値に落ち着くまでに長時間を要するという欠点があっ
た。このためＩＣのリードピンをスキャニングする走査
速度が制限されるという欠点があった。
来の光学式変位センサでは、白紙のような反射率の高い
物体から黒いゴムのように反射率の低い物体をほぼ同一
レベルで受光するためには、広い範囲で発光レベルを制
御する必要がある。しかし対象物の反射率は大小様々で
あるため、割算器が正しく演算できるように受光電圧を
適正範囲とするために差動増幅回路を設けて帰還をかけ
ている。そして帰還をかけるときに発振を抑制するた
め、差動増幅回路１４に前述したようにコンデンサＣｆ
を付加する。このコンデンサＣｆによって発振はしなく
なるが、投光パワーを制御する全体の応答速度が遅くな
ってしまうという欠点があった。そのため光学式変位セ
ンサを例えばＩＣのリードピンの反りを検出する用途に
用いた場合には、リードの光沢のある反射率が高い物体
に入光したときに測定領域に入っても、変位出力が適正
値に落ち着くまでに長時間を要するという欠点があっ
た。このためＩＣのリードピンをスキャニングする走査
速度が制限されるという欠点があった。
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、被測定物体が測定領域に入った
ときの変位出力の応答速度を早くすることにより、この
ような問題点を解決することを目的とする。
なされたものであって、被測定物体が測定領域に入った
ときの変位出力の応答速度を早くすることにより、この
ような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、駆動レベル制御信号に応じたレベルで発光素子を駆
動し、測定対象物に光を照射する投光手段と、測定対象
物から反射光を受光し、その受光位置に応じた一対の信
号を出力する受光手段と、受光手段の受光位置に応じた
物体までの距離信号を演算する信号処理手段と、受光手
段の一対の受光信号の加算値を算出する加算手段と、加
算手段の出力が入力され、加算出力の上昇時にダイオー
ドを介してコンデンサを充電する充電回路と、充電回路
の出力が入力され基準電圧との差分を投光手段に駆動レ
ベル制御信号として出力する差動増幅回路と、を具備す
ることを特徴とするものである。
は、駆動レベル制御信号に応じたレベルで発光素子を駆
動し、測定対象物に光を照射する投光手段と、測定対象
物から反射光を受光し、その受光位置に応じた一対の信
号を出力する受光手段と、受光手段の受光位置に応じた
物体までの距離信号を演算する信号処理手段と、受光手
段の一対の受光信号の加算値を算出する加算手段と、加
算手段の出力が入力され、加算出力の上昇時にダイオー
ドを介してコンデンサを充電する充電回路と、充電回路
の出力が入力され基準電圧との差分を投光手段に駆動レ
ベル制御信号として出力する差動増幅回路と、を具備す
ることを特徴とするものである。
【０００８】本願の請求項２の発明では、充電回路は、
入力端にアノードが接続されたダイオード、該ダイオー
ドのカソード側と接地端に接続されたコンデンサ、及び
該ダイオードを短絡する第１のスイッチを有するもので
あり、差動増幅回路は、基準電圧と充電回路の出力が夫
々入力される演算増幅器と、その演算増幅器の入出力間
に接続される帰還コンデンサと、帰還コンデンサに直列
接続され第１のスイッチと連動して変化させる第２のス
イッチと、を含むことを特徴とするものである。
入力端にアノードが接続されたダイオード、該ダイオー
ドのカソード側と接地端に接続されたコンデンサ、及び
該ダイオードを短絡する第１のスイッチを有するもので
あり、差動増幅回路は、基準電圧と充電回路の出力が夫
々入力される演算増幅器と、その演算増幅器の入出力間
に接続される帰還コンデンサと、帰還コンデンサに直列
接続され第１のスイッチと連動して変化させる第２のス
イッチと、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】本願の請求項３の発明では、駆動レベル制
御信号に応じたレベルで発光素子を駆動し、測定対象物
に光を照射する投光手段と、測定対象物から反射光を受
光し、その受光位置に応じた一対の信号を出力する受光
手段と、受光手段の受光位置に応じた物体までの距離信
号を演算する信号処理手段と、受光手段の一対の受光信
号の加算値を算出する加算手段と、加算手段の出力が入
力され、周期的に基準値との差分をとる差分手段と、差
分手段の出力が正方向に変化するときに差分信号を駆動
レベル制御信号として出力し、差分手段の出力が負方向
に変化するときに過去の複数の差分信号の平均値を駆動
レベル制御信号として出力する制御信号出力手段と、を
具備することを特徴とするものである。
御信号に応じたレベルで発光素子を駆動し、測定対象物
に光を照射する投光手段と、測定対象物から反射光を受
光し、その受光位置に応じた一対の信号を出力する受光
手段と、受光手段の受光位置に応じた物体までの距離信
号を演算する信号処理手段と、受光手段の一対の受光信
号の加算値を算出する加算手段と、加算手段の出力が入
力され、周期的に基準値との差分をとる差分手段と、差
分手段の出力が正方向に変化するときに差分信号を駆動
レベル制御信号として出力し、差分手段の出力が負方向
に変化するときに過去の複数の差分信号の平均値を駆動
レベル制御信号として出力する制御信号出力手段と、を
具備することを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、投光手段より発光素子を駆動して測定対象物
に光を照射し受光出力でその発振光を受光している。そ
して受光手段の一対の受光信号を加算手段により加算
し、加算手段の出力をダイオードを介してコンデンサに
充電している。そして充電回路の出力と基準値との差分
を投光手段に駆動レベル制御信号として出力するように
している。こうすれば正方向に加算出力が変化するとき
に駆動レベルを高速で変化させることができ、反射率が
急激に高い物体を走査したときの応答速度が向上するこ
ととなる。又請求項２の発明では、このような高速応答
モードと通常モードとを連動する第１，第２のスイッチ
により切換えるようにしている。更に請求項３の発明で
は、差分手段と制御信号出力手段をマイクロコンピュー
タにより実現したものである。
によれば、投光手段より発光素子を駆動して測定対象物
に光を照射し受光出力でその発振光を受光している。そ
して受光手段の一対の受光信号を加算手段により加算
し、加算手段の出力をダイオードを介してコンデンサに
充電している。そして充電回路の出力と基準値との差分
を投光手段に駆動レベル制御信号として出力するように
している。こうすれば正方向に加算出力が変化するとき
に駆動レベルを高速で変化させることができ、反射率が
急激に高い物体を走査したときの応答速度が向上するこ
ととなる。又請求項２の発明では、このような高速応答
モードと通常モードとを連動する第１，第２のスイッチ
により切換えるようにしている。更に請求項３の発明で
は、差分手段と制御信号出力手段をマイクロコンピュー
タにより実現したものである。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の第１実施例による光学式変位
センサの全体構成を示すブロック図であり、前述した従
来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。本実施例においても半導体レーザ駆動回路１はクロ
ック発生器３からのクロック信号に基づいて入力された
制御信号のレベルで半導体レーザ２を駆動する。半導体
レーザ２は投光ビームを投光レンズ４を介して物体検知
領域に照射する。ここで半導体レーザ駆動回路１と半導
体レーザ２及び投光レンズは駆動レベル制御信号に応じ
たレベルで発光素子を駆動し、測定対象物に光を照射す
る投光手段を構成している。この投光ビームと所定角度
傾けて受光レンズ５及び位置検出素子（ＰＳＤ）６が配
置される。受光レンズ５及び位置検出素子６は測定対象
物までの受光位置に応じた一対の信号を出力する受光手
段を構成している。ＰＳＤ６の両端の電流出力はＩ／Ｖ
変換器７及び８によって電圧信号に変換され、加算器９
に与えられる。そして加算器９及びＩ／Ｖ変換器８の出
力は夫々Ｓ／Ｈ回路１０，１１に入力される。クロック
発生器３は投光ビームのクロックタイミングよりわずか
に遅れたタイミングでＳ／Ｈ回路１０，１１にクロック
信号ＣＬ２を出力する。Ｓ／Ｈ回路１０，１１はその出
力を割算器１２に与え、更に補正回路１３を介して距離
信号として出力する。さて本実施例では、Ｓ／Ｈ回路１
０の出力は充電回路２１を介して差動増幅回路２２に入
力される。充電回路２１はＳ／Ｈ回路１０の出力をコン
デンサの充電の信号源として用いるものである。
センサの全体構成を示すブロック図であり、前述した従
来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。本実施例においても半導体レーザ駆動回路１はクロ
ック発生器３からのクロック信号に基づいて入力された
制御信号のレベルで半導体レーザ２を駆動する。半導体
レーザ２は投光ビームを投光レンズ４を介して物体検知
領域に照射する。ここで半導体レーザ駆動回路１と半導
体レーザ２及び投光レンズは駆動レベル制御信号に応じ
たレベルで発光素子を駆動し、測定対象物に光を照射す
る投光手段を構成している。この投光ビームと所定角度
傾けて受光レンズ５及び位置検出素子（ＰＳＤ）６が配
置される。受光レンズ５及び位置検出素子６は測定対象
物までの受光位置に応じた一対の信号を出力する受光手
段を構成している。ＰＳＤ６の両端の電流出力はＩ／Ｖ
変換器７及び８によって電圧信号に変換され、加算器９
に与えられる。そして加算器９及びＩ／Ｖ変換器８の出
力は夫々Ｓ／Ｈ回路１０，１１に入力される。クロック
発生器３は投光ビームのクロックタイミングよりわずか
に遅れたタイミングでＳ／Ｈ回路１０，１１にクロック
信号ＣＬ２を出力する。Ｓ／Ｈ回路１０，１１はその出
力を割算器１２に与え、更に補正回路１３を介して距離
信号として出力する。さて本実施例では、Ｓ／Ｈ回路１
０の出力は充電回路２１を介して差動増幅回路２２に入
力される。充電回路２１はＳ／Ｈ回路１０の出力をコン
デンサの充電の信号源として用いるものである。
【００１２】図２はこの充電回路２１及び差動増幅回路
２２の一例を示す回路図である。充電回路２１はＳ／Ｈ
回路１０の入力端にアノード端が接続されたダイオード
Ｄ１，そのカソードと接地端間に接続されるコンデンサ
Ｃ１を有しており、又ダイオードＤ１のカソード端が演
算増幅器２３の非反転入力端子に接続される。演算増幅
器２３の反転入力端子は出力端と接続されボルテージフ
ォロワを構成している。この充電回路２１はＳ／Ｈ回路
１０の立上りの出力によって短時間でコンデンサＣ１を
充電することにより、急激に明るくなる物体に対して応
答速度を向上させるものである。急激に暗くなる物体に
対してはコンデンサＣ１は急速には放電しないので、応
答速度は低下することとなる。一方差動増幅回路２２の
構成は図８に示した従来例のものとほぼ同一とするが、
この充電回路２１を付加することにより、差動増幅回路
２２の帰還コンデンサＣｆ０の値をＣｆに比べて十分小
さく、例えば１／１０〜１／１００程度の値とする。
２２の一例を示す回路図である。充電回路２１はＳ／Ｈ
回路１０の入力端にアノード端が接続されたダイオード
Ｄ１，そのカソードと接地端間に接続されるコンデンサ
Ｃ１を有しており、又ダイオードＤ１のカソード端が演
算増幅器２３の非反転入力端子に接続される。演算増幅
器２３の反転入力端子は出力端と接続されボルテージフ
ォロワを構成している。この充電回路２１はＳ／Ｈ回路
１０の立上りの出力によって短時間でコンデンサＣ１を
充電することにより、急激に明るくなる物体に対して応
答速度を向上させるものである。急激に暗くなる物体に
対してはコンデンサＣ１は急速には放電しないので、応
答速度は低下することとなる。一方差動増幅回路２２の
構成は図８に示した従来例のものとほぼ同一とするが、
この充電回路２１を付加することにより、差動増幅回路
２２の帰還コンデンサＣｆ０の値をＣｆに比べて十分小
さく、例えば１／１０〜１／１００程度の値とする。
【００１３】次に第１実施例の動作について説明する。
図３（ａ）はこの光学式変位センサの使用例を示してお
り、ＩＣのピンをＩＣと平行に矢印Ａで示す方向にスキ
ャニングすることにより、ＩＣのピンの反りを検出する
用途に用いた場合である。この場合にはＩＣのピンのス
キャニングより十分高速でクロック発生器３からクロッ
クパルスを発生させ、半導体レーザ２をパルス駆動して
いる。そして反射光を受光し、ＰＳＤ６のＩ／Ｖ変換値
を加算する。加算値を各クロック毎にサンプリングする
ことにより、Ｓ／Ｈ回路１０の出力電圧は図３（ｂ）に
示すものとなる。この場合にはＩＣのピンのスキャニン
グ毎に受光出力が得られるが、最初のピンをスキャンす
る立上り時には充電回路２１のコンデンサＣ１を充電す
る必要があるため応答速度が遅くなるが、すぐに安定化
しピンとピンの間隙では受光レベルが除々に低下する。
この場合にはコンデンサＣ１は放電経路がないため放電
が遅れる。このように最初のピンに光が入光した反射光
の立上り時のみオーバシュートが生じるが、その後はほ
ぼ一定レベルの受光信号レベルとすることができる。図
３（ｃ）はこれに比較して充電回路を有しない従来の光
学式変位センサのＳ／Ｈ回路１０の出力波形を示す図で
ある。本図に示すように充電回路を設けない場合は、立
上り毎にオーバシュートが生じて出力が安定しない。本
実施例では差動増幅回路の帰還コンデンサＣｆを小さく
することができ、帰還系による発振が生じないようにし
て応答速度を早くすることができる。
図３（ａ）はこの光学式変位センサの使用例を示してお
り、ＩＣのピンをＩＣと平行に矢印Ａで示す方向にスキ
ャニングすることにより、ＩＣのピンの反りを検出する
用途に用いた場合である。この場合にはＩＣのピンのス
キャニングより十分高速でクロック発生器３からクロッ
クパルスを発生させ、半導体レーザ２をパルス駆動して
いる。そして反射光を受光し、ＰＳＤ６のＩ／Ｖ変換値
を加算する。加算値を各クロック毎にサンプリングする
ことにより、Ｓ／Ｈ回路１０の出力電圧は図３（ｂ）に
示すものとなる。この場合にはＩＣのピンのスキャニン
グ毎に受光出力が得られるが、最初のピンをスキャンす
る立上り時には充電回路２１のコンデンサＣ１を充電す
る必要があるため応答速度が遅くなるが、すぐに安定化
しピンとピンの間隙では受光レベルが除々に低下する。
この場合にはコンデンサＣ１は放電経路がないため放電
が遅れる。このように最初のピンに光が入光した反射光
の立上り時のみオーバシュートが生じるが、その後はほ
ぼ一定レベルの受光信号レベルとすることができる。図
３（ｃ）はこれに比較して充電回路を有しない従来の光
学式変位センサのＳ／Ｈ回路１０の出力波形を示す図で
ある。本図に示すように充電回路を設けない場合は、立
上り毎にオーバシュートが生じて出力が安定しない。本
実施例では差動増幅回路の帰還コンデンサＣｆを小さく
することができ、帰還系による発振が生じないようにし
て応答速度を早くすることができる。
【００１４】次に本発明の第２実施例について説明す
る。前述した第１実施例は常に充電回路を接続している
ため、Ｓ／Ｈ回路１０の出力が低下し急速に暗くなる物
体に対しては応答速度が極めて遅くなる。従って被測定
物体によっては安定して変位を測定できなくなる。第２
実施例ではこのような場合を考慮しスイッチで第１実施
例の接続と従来例の接続とを切換えるようにしたもので
ある。図４は本発明の第２実施例による充電回路３１及
び差動増幅回路３２の回路図である。本図において充電
回路３１，差動増幅回路３２以外の構成は第１実施例と
同様である。本実施例では図示のようにＳ／Ｈ回路１０
からアナログスイッチ３３に入力される。アナログスイ
ッチ３３はクロック発生器３からのクロック信号ＣＬ３
に基づいて動作するものであり、その出力はダイオード
Ｄ１を介してコンデンサＣ１に接続される。このクロッ
ク信号ＣＬ３はＳ／Ｈ回路１０の出力が安定する期間、
例えばクロックＣＬ２の中間のタイミングに設定されて
いるものとする。その他の構成は前述した第１実施例の
充電回路２１とほぼ同一であり、ボルテージフォロワ用
の演算増幅器３４がダイオードＤ１のカソードに接続さ
れる。そしてダイオードＤ１の両端を短絡するスイッチ
３５が設けられる。又差動増幅回路３２は従来例で示し
た差動増幅回路１４とほぼ同一の構成を有しており、演
算増幅器３６の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒが入力さ
れる。反転入力端子は充電回路３１の出力端との間に入
力抵抗Ｒｉが接続され、又出力端との間に帰還抵抗Ｒｆ
及びコンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が並列に接続される。コ
ンデンサＣｆ２は直列にスイッチ３７が接続されてい
る。スイッチ３５，３７は図示のように連動スイッチで
あって、スイッチ３５，３７が同時に開放又は閉成状態
となるように構成される。帰還用のコンデンサＣｆ２は
従来例に示した差動増幅回路のコンデンサＣｆと同一の
容量を有し、Ｃｆ１はそれより小さい値、前述したよう
に１／１０〜１／１００の値をとるものとする。
る。前述した第１実施例は常に充電回路を接続している
ため、Ｓ／Ｈ回路１０の出力が低下し急速に暗くなる物
体に対しては応答速度が極めて遅くなる。従って被測定
物体によっては安定して変位を測定できなくなる。第２
実施例ではこのような場合を考慮しスイッチで第１実施
例の接続と従来例の接続とを切換えるようにしたもので
ある。図４は本発明の第２実施例による充電回路３１及
び差動増幅回路３２の回路図である。本図において充電
回路３１，差動増幅回路３２以外の構成は第１実施例と
同様である。本実施例では図示のようにＳ／Ｈ回路１０
からアナログスイッチ３３に入力される。アナログスイ
ッチ３３はクロック発生器３からのクロック信号ＣＬ３
に基づいて動作するものであり、その出力はダイオード
Ｄ１を介してコンデンサＣ１に接続される。このクロッ
ク信号ＣＬ３はＳ／Ｈ回路１０の出力が安定する期間、
例えばクロックＣＬ２の中間のタイミングに設定されて
いるものとする。その他の構成は前述した第１実施例の
充電回路２１とほぼ同一であり、ボルテージフォロワ用
の演算増幅器３４がダイオードＤ１のカソードに接続さ
れる。そしてダイオードＤ１の両端を短絡するスイッチ
３５が設けられる。又差動増幅回路３２は従来例で示し
た差動増幅回路１４とほぼ同一の構成を有しており、演
算増幅器３６の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒが入力さ
れる。反転入力端子は充電回路３１の出力端との間に入
力抵抗Ｒｉが接続され、又出力端との間に帰還抵抗Ｒｆ
及びコンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が並列に接続される。コ
ンデンサＣｆ２は直列にスイッチ３７が接続されてい
る。スイッチ３５，３７は図示のように連動スイッチで
あって、スイッチ３５，３７が同時に開放又は閉成状態
となるように構成される。帰還用のコンデンサＣｆ２は
従来例に示した差動増幅回路のコンデンサＣｆと同一の
容量を有し、Ｃｆ１はそれより小さい値、前述したよう
に１／１０〜１／１００の値をとるものとする。
【００１５】こうすればスイッチ３５，３７を操作して
これらのスイッチを開放状態とすれば、前述した充電回
路３１が動作し、そのとき差動増幅回路３２に接続され
る帰還抵抗はＣｆ１のみとなる。この場合は入光時の応
答速度を向上させる第１実施例と同様の動作モードとな
る。このときにはＳ／Ｈ回路１０，１１のクロックＣＬ
２と異なったタイミングＣＬ３でアナログスイッチ３３
が動作し、このタイミングで充電回路３１が動作する。
一方スイッチ３５，３７を閉成すればダイオードＤ１は
短絡されるため、ダイオードが働かなくなり充電回路３
１は単なるサンプルホールド回路となる。このサンプル
ホールド回路のサンプリングのタイミングはＳ／Ｈ回路
１０の出力が安定する期間で保持される。この場合には
コンデンサＣｆ２も差動増幅回路３２の帰還回路に接続
されることとなるため、コンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が差
動増幅回路に接続される。この場合には従来例と同様の
通常の動作モードとなり、発振を防止するためコンデン
サの容量を大きくすることができる。
これらのスイッチを開放状態とすれば、前述した充電回
路３１が動作し、そのとき差動増幅回路３２に接続され
る帰還抵抗はＣｆ１のみとなる。この場合は入光時の応
答速度を向上させる第１実施例と同様の動作モードとな
る。このときにはＳ／Ｈ回路１０，１１のクロックＣＬ
２と異なったタイミングＣＬ３でアナログスイッチ３３
が動作し、このタイミングで充電回路３１が動作する。
一方スイッチ３５，３７を閉成すればダイオードＤ１は
短絡されるため、ダイオードが働かなくなり充電回路３
１は単なるサンプルホールド回路となる。このサンプル
ホールド回路のサンプリングのタイミングはＳ／Ｈ回路
１０の出力が安定する期間で保持される。この場合には
コンデンサＣｆ２も差動増幅回路３２の帰還回路に接続
されることとなるため、コンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が差
動増幅回路に接続される。この場合には従来例と同様の
通常の動作モードとなり、発振を防止するためコンデン
サの容量を大きくすることができる。
【００１６】図５は本発明の第３実施例による光学式変
位センサの構成を示すブロック図である。本図において
Ｓ／Ｈ回路１０の出力はＡ／Ｄ変換器４１に入力され
る。Ａ／Ｄ変換器４１は投光のクロックタイミング毎に
入力信号をデジタル信号に変換するものであって、その
出力はＣＰＵ４２に入力される。ＣＰＵ４２は後述する
ように加算出力と基準値の差分をとる差分手段、及びそ
の正及び負方向の変化に基づいて制御信号を出力する制
御信号出力手段の機能を有するものである。その出力は
Ｄ／Ａ変換器４３を介して前述した半導体レーザ駆動回
路１に出力される。その他の構成は第１実施例と同様で
ある。
位センサの構成を示すブロック図である。本図において
Ｓ／Ｈ回路１０の出力はＡ／Ｄ変換器４１に入力され
る。Ａ／Ｄ変換器４１は投光のクロックタイミング毎に
入力信号をデジタル信号に変換するものであって、その
出力はＣＰＵ４２に入力される。ＣＰＵ４２は後述する
ように加算出力と基準値の差分をとる差分手段、及びそ
の正及び負方向の変化に基づいて制御信号を出力する制
御信号出力手段の機能を有するものである。その出力は
Ｄ／Ａ変換器４３を介して前述した半導体レーザ駆動回
路１に出力される。その他の構成は第１実施例と同様で
ある。
【００１７】次にＣＰＵ４２のフローチャートについて
図６を参照しつつ説明する。動作を開始するとまずステ
ップ５１において初期設定を行う。この初期設定は入力
バッファＦ（１），Ｆ（２）・・・Ｆ（ｎ）を全て０と
するものである。ここでｎは任意の整数、例えば１０と
する。次いでステップ５２に進んでＡ／Ｄ変換器４１の
出力Ａ＋Ｂを読込む。ここでＡ，Ｂは夫々入光時のＩ／
Ｖ変換器７，８の出力である。そしてステップ５３に進
んで入力値（Ａ＋Ｂ）から基準値Ｒを減算してＦ（０）
とする。次いでステップ５４においてデータの更新を行
い、全てのＦ（ｉ）に対しＦ（ｉ）＋１にＦ（ｉ）の値
を代入する（ｉ＝０〜９）。そしてステップ５４に進ん
でＦ（１）とＦ（２）とを比較する。Ｆ（１）の方が大
きければ受光レベルが増加したため、ステップ５６，５
７に進んでＦ（１）の値を出力値ＦとしてこのＦの値を
出力する。この値が前述したようにＤ／Ａ変換器４３に
よりアナログ信号に変換される。又ステップ５５におい
てＦ（２）の値が大きければ受光レベルが低下したた
め、ステップ５８に進んでＦ（１）〜Ｆ（ｎ）の値の平
均値を出力値Ｆとする。そしてステップ５７に進んでこ
の値を出力して処理を終える。このフローチャートにお
いてステップ５２，５３は加算手段の出力が入力され、
基準値との差分をとる差分手段を構成しており、ステッ
プ５４〜５７は差分手段の出力が正方向に変化するとき
に差分信号を制御信号として出力し、差分手段の出力が
負方向に変化するときに差分手段の平均値を制御信号と
して出力する制御信号出力手段の機能を達成している。
こうすれば第１実施例と同様の効果をＣＰＵにより実現
することができる。これに加えて物体検知のための割算
器１２や補正回路１３の機能をＣＰＵにより実現するよ
うにしてもよい。
図６を参照しつつ説明する。動作を開始するとまずステ
ップ５１において初期設定を行う。この初期設定は入力
バッファＦ（１），Ｆ（２）・・・Ｆ（ｎ）を全て０と
するものである。ここでｎは任意の整数、例えば１０と
する。次いでステップ５２に進んでＡ／Ｄ変換器４１の
出力Ａ＋Ｂを読込む。ここでＡ，Ｂは夫々入光時のＩ／
Ｖ変換器７，８の出力である。そしてステップ５３に進
んで入力値（Ａ＋Ｂ）から基準値Ｒを減算してＦ（０）
とする。次いでステップ５４においてデータの更新を行
い、全てのＦ（ｉ）に対しＦ（ｉ）＋１にＦ（ｉ）の値
を代入する（ｉ＝０〜９）。そしてステップ５４に進ん
でＦ（１）とＦ（２）とを比較する。Ｆ（１）の方が大
きければ受光レベルが増加したため、ステップ５６，５
７に進んでＦ（１）の値を出力値ＦとしてこのＦの値を
出力する。この値が前述したようにＤ／Ａ変換器４３に
よりアナログ信号に変換される。又ステップ５５におい
てＦ（２）の値が大きければ受光レベルが低下したた
め、ステップ５８に進んでＦ（１）〜Ｆ（ｎ）の値の平
均値を出力値Ｆとする。そしてステップ５７に進んでこ
の値を出力して処理を終える。このフローチャートにお
いてステップ５２，５３は加算手段の出力が入力され、
基準値との差分をとる差分手段を構成しており、ステッ
プ５４〜５７は差分手段の出力が正方向に変化するとき
に差分信号を制御信号として出力し、差分手段の出力が
負方向に変化するときに差分手段の平均値を制御信号と
して出力する制御信号出力手段の機能を達成している。
こうすれば第１実施例と同様の効果をＣＰＵにより実現
することができる。これに加えて物体検知のための割算
器１２や補正回路１３の機能をＣＰＵにより実現するよ
うにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、受光信号にダイオードとコンデンサを有する充電回
路を通過させることにより、帰還系による発振が生じる
ことなく入光時の応答速度を早くすることができる。こ
のためＩＣのピンの反り等を検出する用途に用いた場合
に高速でピンをスキャンすることができ、極めて有効と
なる。請求項２の発明では、反射光の入光時の応答速度
を高速とするモードと通常の動作モードとを切換えるこ
とができる。又請求項３の発明では、マイクロコンピュ
ータを用いてこのような処理を行うことによって同様の
効果を得ることができる。
ば、受光信号にダイオードとコンデンサを有する充電回
路を通過させることにより、帰還系による発振が生じる
ことなく入光時の応答速度を早くすることができる。こ
のためＩＣのピンの反り等を検出する用途に用いた場合
に高速でピンをスキャンすることができ、極めて有効と
なる。請求項２の発明では、反射光の入光時の応答速度
を高速とするモードと通常の動作モードとを切換えるこ
とができる。又請求項３の発明では、マイクロコンピュ
ータを用いてこのような処理を行うことによって同様の
効果を得ることができる。
【図１】本発明の第１実施例による光学式変位センサの
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例による充電回路及び差動増
幅回路を示す回路図である。
幅回路を示す回路図である。
【図３】本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施例による充電回路及び差動増
幅回路を示す回路図である。
幅回路を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施例による光学式変位センサの
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施例の動作を示すフローチャー
トである。
トである。
【図７】従来の光学式変位センサの一例を示すブロック
図である。
図である。
【図８】従来の差動増幅回路の一例を示す回路図であ
る。
る。
１ 半導体レーザ駆動回路 ２ 半導体レーザ ６ 位置検出素子 ７，８ Ｉ／Ｖ変換器 ９ 加算器 １０，１１ Ｓ／Ｈ回路 １２ 割算器 １３ 補正回路 １４，２２，３２ 差動増幅回路 １５，２３，３４，３６ 演算増幅器 ２１，３１ 充電回路 ３３ アナログスイッチ ３５，３７ スイッチ ４１ Ａ／Ｄ変換器 ４２ ＣＰＵ ４３ Ｄ／Ａ変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−44114（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187620（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74713（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−42959（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (3)
- 【請求項１】 駆動レベル制御信号に応じたレベルで発
光素子を駆動し、測定対象物に光を照射する投光手段
と、 測定対象物から反射光を受光し、その受光位置に応じた
一対の信号を出力する受光手段と、 前記受光手段の受光位置に応じた物体までの距離信号を
演算する信号処理手段と、 前記受光手段の一対の受光信号の加算値を算出する加算
手段と、 前記加算手段の出力が入力され、加算出力の上昇時にダ
イオードを介してコンデンサを充電する充電回路と、 前記充電回路の出力が入力され基準電圧との差分を前記
投光手段に駆動レベル制御信号として出力する差動増幅
回路と、を具備することを特徴とする光学式変位セン
サ。 - 【請求項２】 前記充電回路は、入力端にアノードが接
続されたダイオード、該ダイオードのカソード側と接地
端に接続されたコンデンサ、及び該ダイオードを短絡す
る第１のスイッチを有するものであり、 前記差動増幅回路は、 基準電圧と前記充電回路の出力が夫々入力される演算増
幅器と、その演算増幅器の入出力間に接続される帰還コ
ンデンサと、帰還コンデンサに直列接続され前記第１の
スイッチと連動して変化させる第２のスイッチと、を含
むものであることを特徴とする請求項１記載の光学式変
位センサ。 - 【請求項３】 駆動レベル制御信号に応じたレベルで発
光素子を駆動し、測定対象物に光を照射する投光手段
と、 測定対象物から反射光を受光し、その受光位置に応じた
一対の信号を出力する受光手段と、 前記受光手段の受光位置に応じた物体までの距離信号を
演算する信号処理手段と、 前記受光手段の一対の受光信号の加算値を算出する加算
手段と、 前記加算手段の出力が入力され、周期的に基準値との差
分をとる差分手段と、 前記差分手段の出力が正方向に変化するときに差分信号
を駆動レベル制御信号として出力し、前記差分手段の出
力が負方向に変化するときに過去の複数の差分信号の平
均値を駆動レベル制御信号として出力する制御信号出力
手段と、を具備することを特徴とする光学式変位セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08491995A JP3269320B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 光学式変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08491995A JP3269320B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 光学式変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254405A JPH08254405A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3269320B2 true JP3269320B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=13844128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08491995A Expired - Fee Related JP3269320B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 光学式変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3269320B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5150814B2 (ja) * | 2010-10-29 | 2013-02-27 | オプテックス株式会社 | 三角測距方式の距離検出回路 |
| CN104061847B (zh) * | 2014-06-12 | 2017-09-08 | 北京航天发射技术研究所 | 一种光电弱信号处理系统 |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP08491995A patent/JP3269320B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08254405A (ja) | 1996-10-01 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |