JP3271797B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体までの距離を三角
測量法を用いて非接触で計測する光学式変位測定装置に
関するものである。
測量法を用いて非接触で計測する光学式変位測定装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＦＡ（ファクトリーオートメ
ーション）等の分野においてロボットの視覚センサなど
に用いるために、三角測量法に基づいて光学的に距離を
測定する変位測定装置が提供されている。この種の変位
測定装置は、光学的に距離を測定するから物体までの距
離を非接触で測定できるという利点がある。また、図７
に示すように、物体までの距離に関する情報を検出する
センサヘッド１０と、センサヘッド１０で求めた情報に
基づいて物体までの距離を演算したり物体までの距離に
応じた各種判定を行うためのコントローラ２０とは別体
に設けられて接続線を介して接続されている。このよう
にセンサヘッド１０とコントローラ２０とを分離した構
成とすれば、センサヘッド１０が小型化され、ロボット
等に組み込み易くなる。
ーション）等の分野においてロボットの視覚センサなど
に用いるために、三角測量法に基づいて光学的に距離を
測定する変位測定装置が提供されている。この種の変位
測定装置は、光学的に距離を測定するから物体までの距
離を非接触で測定できるという利点がある。また、図７
に示すように、物体までの距離に関する情報を検出する
センサヘッド１０と、センサヘッド１０で求めた情報に
基づいて物体までの距離を演算したり物体までの距離に
応じた各種判定を行うためのコントローラ２０とは別体
に設けられて接続線を介して接続されている。このよう
にセンサヘッド１０とコントローラ２０とを分離した構
成とすれば、センサヘッド１０が小型化され、ロボット
等に組み込み易くなる。
【０００３】センサヘッド１０は、物体に光ビームを照
射して点状の光パターンである投光スポットを物体の表
面に形成する投光手段１と、投光手段１から照射された
光ビームの物体の表面での反射光を検出する受光手段２
とを備える。受光手段２では、入射光を受光光学系１３
（図９参照）に通して収束させることによって、ＰＳＤ
よりなる位置検出素子１４の受光面に投光スポットの像
としての受光スポットを形成し、受光スポットの位置に
対応した一対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 を出力する。すなわ
ち、位置検出素子１４は、受光スポットの位置に応じて
大きさの比率が決まる電流信号である一対の位置信号Ｉ
1 ，Ｉ2 を発生するのであって、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2
の関係に基づいて受光スポットの位置を検出すれば、物
体までの距離を三角測量法に基づいて求めることができ
る。また、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2の合計は、位置検出素
子１４で検出している受光光量に対応する。
射して点状の光パターンである投光スポットを物体の表
面に形成する投光手段１と、投光手段１から照射された
光ビームの物体の表面での反射光を検出する受光手段２
とを備える。受光手段２では、入射光を受光光学系１３
（図９参照）に通して収束させることによって、ＰＳＤ
よりなる位置検出素子１４の受光面に投光スポットの像
としての受光スポットを形成し、受光スポットの位置に
対応した一対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 を出力する。すなわ
ち、位置検出素子１４は、受光スポットの位置に応じて
大きさの比率が決まる電流信号である一対の位置信号Ｉ
1 ，Ｉ2 を発生するのであって、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2
の関係に基づいて受光スポットの位置を検出すれば、物
体までの距離を三角測量法に基づいて求めることができ
る。また、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2の合計は、位置検出素
子１４で検出している受光光量に対応する。
【０００４】さらに具体的に説明する。投光手段１は、
図８に示すように、レーザダイオードよりなる発光素子
１１を備え光ビームを形成する。発光素子１１はレーザ
ダイオード駆動回路１２により駆動されるのであって、
レーザダイオード駆動回路１２には、コントローラ２０
に設けた原発振器２１から発生するクロック信号をパル
ス変調（パルス振幅変調）する変調器２２の出力が制御
信号Ｖｍとして入力される。ここに、制御信号Ｖｍは電
圧信号として接続線を伝送される。変調器２２は、後述
する積分器２３から出力される直流信号の信号レベルに
対応して発光素子１１への供給エネルギが変化するよう
に変調器２２の出力の振幅を変化させる。このようにし
て、発光素子１１はクロック信号に同期して光を間欠的
に出力する。また、発光素子１１の発光光量は、フォト
ダイオードよりなる受光素子１６により検出され、基準
光量設定部１８で設定された光量を保つように発光量制
御部１７を通してフィードバック制御される。
図８に示すように、レーザダイオードよりなる発光素子
１１を備え光ビームを形成する。発光素子１１はレーザ
ダイオード駆動回路１２により駆動されるのであって、
レーザダイオード駆動回路１２には、コントローラ２０
に設けた原発振器２１から発生するクロック信号をパル
ス変調（パルス振幅変調）する変調器２２の出力が制御
信号Ｖｍとして入力される。ここに、制御信号Ｖｍは電
圧信号として接続線を伝送される。変調器２２は、後述
する積分器２３から出力される直流信号の信号レベルに
対応して発光素子１１への供給エネルギが変化するよう
に変調器２２の出力の振幅を変化させる。このようにし
て、発光素子１１はクロック信号に同期して光を間欠的
に出力する。また、発光素子１１の発光光量は、フォト
ダイオードよりなる受光素子１６により検出され、基準
光量設定部１８で設定された光量を保つように発光量制
御部１７を通してフィードバック制御される。
【０００５】一方、位置検出素子１４から出力される一
対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は、それぞれ増幅器１５ａ，１
５ｂに入力され、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 が電流信号から電
圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変換されるとともに増幅された後に
コントローラ２０に出力される。コントローラ２０は、
位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 に対応した電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 が入
力される信号処理部２４ａ，２４ｂを備えている。信号
処理部２４ａ，２４ｂでは、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 を増幅
した後に所定周波数以下の雑音成分を除去し、さらに原
発振器２１からのクロック信号に同期して電圧信号
Ｖ1 ，Ｖ2 を検波する。信号処理部２４ａ，２４ｂでの
電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 の増幅率は外部から調節可能になっ
ている。
対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は、それぞれ増幅器１５ａ，１
５ｂに入力され、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 が電流信号から電
圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変換されるとともに増幅された後に
コントローラ２０に出力される。コントローラ２０は、
位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 に対応した電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 が入
力される信号処理部２４ａ，２４ｂを備えている。信号
処理部２４ａ，２４ｂでは、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 を増幅
した後に所定周波数以下の雑音成分を除去し、さらに原
発振器２１からのクロック信号に同期して電圧信号
Ｖ1 ，Ｖ2 を検波する。信号処理部２４ａ，２４ｂでの
電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 の増幅率は外部から調節可能になっ
ている。
【０００６】信号処理部２４ａ，２４ｂからの出力信号
Ｖ11，Ｖ12は、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2に比例し、両出力は
減算手段である減算器２５により減算されて減算値（Ｖ
11−Ｖ12）が求められるとともに、加算器２６により加
算されて加算値（Ｖ11＋Ｖ12）が求められる。減算器２
５の出力は、所定周波数以上の成分を除去するととも
に、後述する傾き（比例定数）、測定距離のオフセット
値を外部から設定し、またリニアリティを補正して測定
値を補正するＤＣ演算部２７を通して変位出力として出
力される。具体的には、傾きの調節には入力レベルに対
する減衰率を調節し、オフセット値の調節には入力レベ
ルに加算するレベルを調節する。また、ＤＣ演算部２７
は、位置検出素子１４で受光した光量が不足したり過剰
になると、その時点での測定値を保持するサンプル・ホ
ールドの機能も有している。
Ｖ11，Ｖ12は、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2に比例し、両出力は
減算手段である減算器２５により減算されて減算値（Ｖ
11−Ｖ12）が求められるとともに、加算器２６により加
算されて加算値（Ｖ11＋Ｖ12）が求められる。減算器２
５の出力は、所定周波数以上の成分を除去するととも
に、後述する傾き（比例定数）、測定距離のオフセット
値を外部から設定し、またリニアリティを補正して測定
値を補正するＤＣ演算部２７を通して変位出力として出
力される。具体的には、傾きの調節には入力レベルに対
する減衰率を調節し、オフセット値の調節には入力レベ
ルに加算するレベルを調節する。また、ＤＣ演算部２７
は、位置検出素子１４で受光した光量が不足したり過剰
になると、その時点での測定値を保持するサンプル・ホ
ールドの機能も有している。
【０００７】一方、加算器２６の出力は誤差増幅器２９
に入力され、基準値発生部２８より出力される基準値と
の差が求められる。加算器２６からの出力値は基準値か
ら減算され、その差が積分器２３で平均化され、変調器
２２に入力されるのである。したがって、発光素子１１
からの光出力は、位置検出素子１４での受光光量に対応
してフィードバック制御される。フィードバック系が安
定に動作しているときには、加算器２６の出力が基準値
発生部２８で設定した基準値に一致するように発光素子
１１の発光光量が調節され、位置検出素子１４の受光光
量は略一定量に保たれる。したがって、加算器２６から
出力される加算値（Ｖ11＋Ｖ12）は、回路のダイナミッ
クレンジや応答性能を無視した理想系では一定であっ
て、減算器２５から出力される減算値（Ｖ11−Ｖ12）
は、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ11＋Ｖ12）に比例することに
なる。このように、加算器２６、基準値発生部２８、誤
差増幅器２９、積分器２３、変調器２２によって、受光
光量を一定に保つようにフィードバック制御を行う光量
制御手段が構成される。
に入力され、基準値発生部２８より出力される基準値と
の差が求められる。加算器２６からの出力値は基準値か
ら減算され、その差が積分器２３で平均化され、変調器
２２に入力されるのである。したがって、発光素子１１
からの光出力は、位置検出素子１４での受光光量に対応
してフィードバック制御される。フィードバック系が安
定に動作しているときには、加算器２６の出力が基準値
発生部２８で設定した基準値に一致するように発光素子
１１の発光光量が調節され、位置検出素子１４の受光光
量は略一定量に保たれる。したがって、加算器２６から
出力される加算値（Ｖ11＋Ｖ12）は、回路のダイナミッ
クレンジや応答性能を無視した理想系では一定であっ
て、減算器２５から出力される減算値（Ｖ11−Ｖ12）
は、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ11＋Ｖ12）に比例することに
なる。このように、加算器２６、基準値発生部２８、誤
差増幅器２９、積分器２３、変調器２２によって、受光
光量を一定に保つようにフィードバック制御を行う光量
制御手段が構成される。
【０００８】次に、上記構成における距離測定の原理を
説明する。図９に示すように、受光スポットが位置検出
素子１４の受光面の中央に形成されているときの投光手
段１の光軸方向における受光光学系１３の中心から物体
３までの距離をｒとし、物体３までの距離がΔｒだけ大
きくなったとする。このとき、受光スポットの位置は図
９の左方にΔｘだけ移動する。位置検出素子１４の受光
面の有効長を２Ｌとすれば、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は次の
関係になる。
説明する。図９に示すように、受光スポットが位置検出
素子１４の受光面の中央に形成されているときの投光手
段１の光軸方向における受光光学系１３の中心から物体
３までの距離をｒとし、物体３までの距離がΔｒだけ大
きくなったとする。このとき、受光スポットの位置は図
９の左方にΔｘだけ移動する。位置検出素子１４の受光
面の有効長を２Ｌとすれば、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は次の
関係になる。
【０００９】 Ｉ1 ／Ｉ2 ＝（Ｌ−Δｘ）／（Ｌ＋Δｘ） … 式を変形すると、次式が得られる。 （Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）＝Δｘ／Ｌ … 位置検出素子１４の受光面の有効長２Ｌは一定であるか
ら、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2に対応した増幅器１５ａ，１５
ｂの出力に基づいて、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）
に相当する値を求めれば、受光スポットの位置を知るこ
とができるのである。すなわち、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ
11＋Ｖ12）を求めれば、位置検出素子１４での受光スポ
ットの変位Δｘを求めることができる。ここに、上述の
ように、減算器２５の出力は（Ｖ11−Ｖ12）であるが、
フィードバック制御によって（Ｖ11＋Ｖ12）が一定値に
保たれているから、減算器２５の出力に除算を施さなく
ても減算器２５からは式の左辺に比例した出力が得ら
れていることになる。したがって、ＤＣ演算部２７にお
いて減算器２５の出力に対する比例定数（傾き）を設定
すれば、受光スポットの変位Δｘを求めることができ
る。
ら、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2に対応した増幅器１５ａ，１５
ｂの出力に基づいて、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）
に相当する値を求めれば、受光スポットの位置を知るこ
とができるのである。すなわち、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ
11＋Ｖ12）を求めれば、位置検出素子１４での受光スポ
ットの変位Δｘを求めることができる。ここに、上述の
ように、減算器２５の出力は（Ｖ11−Ｖ12）であるが、
フィードバック制御によって（Ｖ11＋Ｖ12）が一定値に
保たれているから、減算器２５の出力に除算を施さなく
ても減算器２５からは式の左辺に比例した出力が得ら
れていることになる。したがって、ＤＣ演算部２７にお
いて減算器２５の出力に対する比例定数（傾き）を設定
すれば、受光スポットの変位Δｘを求めることができ
る。
【００１０】また、受光光学系１３の中心と位置検出素
子１４との距離をｆ、投光手段１の光軸上で距離ｒの位
置の点と位置検出素子１４の中心とを結ぶ直線が投光手
段１の光軸となす角度をθとすれば、次の関係が得られ
る。 （ｒ／cos θ＋Δｒ／cos θ) ：ｆ／cos θ＝（Δｒ／sin θ）：Δｘ ∴ Δｒ＝ｒ・Δｘ／｛（ｆ／sin θ）−Δｘ｝ ＝ｂ・Δｘ／（ａ−Δｘ） … ただし、ａ＝ｆ／sin θ、ｂ＝ｒである。すなわち、
式によれば、Δｘを求めれば変位した距離Δｒを求める
ことができるのであって、式と式とに基づいて変位
した距離Δｒを求めることができることがわかる。ただ
し、ＤＣ演算部２７では、式に対応する演算を行って
変位Δｘを求め、式による距離Δｒの演算はＤＣ演算
部２７よりも後段で演算される。
子１４との距離をｆ、投光手段１の光軸上で距離ｒの位
置の点と位置検出素子１４の中心とを結ぶ直線が投光手
段１の光軸となす角度をθとすれば、次の関係が得られ
る。 （ｒ／cos θ＋Δｒ／cos θ) ：ｆ／cos θ＝（Δｒ／sin θ）：Δｘ ∴ Δｒ＝ｒ・Δｘ／｛（ｆ／sin θ）−Δｘ｝ ＝ｂ・Δｘ／（ａ−Δｘ） … ただし、ａ＝ｆ／sin θ、ｂ＝ｒである。すなわち、
式によれば、Δｘを求めれば変位した距離Δｒを求める
ことができるのであって、式と式とに基づいて変位
した距離Δｒを求めることができることがわかる。ただ
し、ＤＣ演算部２７では、式に対応する演算を行って
変位Δｘを求め、式による距離Δｒの演算はＤＣ演算
部２７よりも後段で演算される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成で
は、センサヘッド１０とコントローラ２０とを別体とし
て接続線を介して接続しているものであるから、制御信
号Ｖｍの電圧レベルが高くなると増幅器１５ａ，１５ｂ
から出力される電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変調器２２から出
力された制御信号Ｖｍが重畳されてクロストークが生じ
ることになる。クロストークが生じると、加算器２６で
の加算値が受光光量を正確に反映しなくなり、受光光量
が一定であるという仮定が成立しなくなるから、減算器
２５の出力が（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）に比例し
なくなって誤差が生じる。
は、センサヘッド１０とコントローラ２０とを別体とし
て接続線を介して接続しているものであるから、制御信
号Ｖｍの電圧レベルが高くなると増幅器１５ａ，１５ｂ
から出力される電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変調器２２から出
力された制御信号Ｖｍが重畳されてクロストークが生じ
ることになる。クロストークが生じると、加算器２６で
の加算値が受光光量を正確に反映しなくなり、受光光量
が一定であるという仮定が成立しなくなるから、減算器
２５の出力が（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）に比例し
なくなって誤差が生じる。
【００１２】すなわち、減算部２５の出力は、フィード
バックゲインをαとするとき、α・（Ｖ11−Ｖ12）にな
り、加算器２６の出力であるα・（Ｖ11＋Ｖ12）は安定
状態では一定値に保たれるから、α・（Ｖ11＋Ｖ12）＝
Ｖｃとおけば、減算部２５の出力は、Ｖｃ・（Ｖ11−Ｖ
12）／（Ｖ11＋Ｖ12）になる。ここで、クロストークに
よる各信号Ｖ11，Ｖ12に対する非線形的な影響をそれぞ
れΔＶ11，ΔＶ12とすれば、減算部２５の出力は、Ｖｃ
・｛（Ｖ11＋ΔＶ11）−（Ｖ12＋ΔＶ12）｝／｛（Ｖ11
＋ΔＶ11）＋（Ｖ12＋ΔＶ12）｝となる。ΔＶ11，ΔＶ
12は、物体の反射率Ｒｅと物体までの距離ｒとの関数で
あるから、ΔＶ11＝ｆ1 （Ｒｅ，ｒ），ΔＶ12＝ｆ
2 （Ｒｅ，ｒ）と考えることができる。結局、物体の反
射率Ｒｅ（上記構成では変調信号Ｖｍの大きさは反射率
Ｒｅの逆数に比例する）および物体までの距離ｒに応じ
て減算部２５の出力が非線形的に変動し、誤差が大きく
なるという問題が生じる。
バックゲインをαとするとき、α・（Ｖ11−Ｖ12）にな
り、加算器２６の出力であるα・（Ｖ11＋Ｖ12）は安定
状態では一定値に保たれるから、α・（Ｖ11＋Ｖ12）＝
Ｖｃとおけば、減算部２５の出力は、Ｖｃ・（Ｖ11−Ｖ
12）／（Ｖ11＋Ｖ12）になる。ここで、クロストークに
よる各信号Ｖ11，Ｖ12に対する非線形的な影響をそれぞ
れΔＶ11，ΔＶ12とすれば、減算部２５の出力は、Ｖｃ
・｛（Ｖ11＋ΔＶ11）−（Ｖ12＋ΔＶ12）｝／｛（Ｖ11
＋ΔＶ11）＋（Ｖ12＋ΔＶ12）｝となる。ΔＶ11，ΔＶ
12は、物体の反射率Ｒｅと物体までの距離ｒとの関数で
あるから、ΔＶ11＝ｆ1 （Ｒｅ，ｒ），ΔＶ12＝ｆ
2 （Ｒｅ，ｒ）と考えることができる。結局、物体の反
射率Ｒｅ（上記構成では変調信号Ｖｍの大きさは反射率
Ｒｅの逆数に比例する）および物体までの距離ｒに応じ
て減算部２５の出力が非線形的に変動し、誤差が大きく
なるという問題が生じる。
【００１３】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、センサヘッドとコントローラとの間の接続線
上でのクロストークに起因した測定値の誤差を抑制した
光学式変位測定装置を提供することにある。
のであり、センサヘッドとコントローラとの間の接続線
上でのクロストークに起因した測定値の誤差を抑制した
光学式変位測定装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、点状の光パタ
ーンである投光スポットを物体の表面に照射する投光手
段と、投光手段から照射された光の物体表面での反射光
を受光光学系に通して収束させ投光スポットの像として
形成された受光スポットの位置に対応して出力レベルの
比率が決まる一対の位置信号を出力する受光手段と、物
体までの距離に相当する量として各位置信号の出力レベ
ルの差を演算する減算手段と、受光手段での受光光量に
相当する両位置信号の出力レベルの和と既定の基準値と
の差に基づいて受光光量が略一定に保たれるように投光
手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段
とを備え、投光手段および受光手段を設けたセンサヘッ
ドと、減算手段、光量制御手段を設けたコントローラと
が別体として接続線を介して互いに接続され、投光手段
の発光光量は接続線に対して直列に接続された抵抗を通
して得られる電流信号により制御され、上記抵抗はコン
トローラに設けた第１の抵抗とセンサヘッドに設けた第
２の抵抗との直列抵抗であって、第１の抵抗は第２の抵
抗よりも抵抗値が十分に大きく設定されていることを特
徴とする。
ーンである投光スポットを物体の表面に照射する投光手
段と、投光手段から照射された光の物体表面での反射光
を受光光学系に通して収束させ投光スポットの像として
形成された受光スポットの位置に対応して出力レベルの
比率が決まる一対の位置信号を出力する受光手段と、物
体までの距離に相当する量として各位置信号の出力レベ
ルの差を演算する減算手段と、受光手段での受光光量に
相当する両位置信号の出力レベルの和と既定の基準値と
の差に基づいて受光光量が略一定に保たれるように投光
手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段
とを備え、投光手段および受光手段を設けたセンサヘッ
ドと、減算手段、光量制御手段を設けたコントローラと
が別体として接続線を介して互いに接続され、投光手段
の発光光量は接続線に対して直列に接続された抵抗を通
して得られる電流信号により制御され、上記抵抗はコン
トローラに設けた第１の抵抗とセンサヘッドに設けた第
２の抵抗との直列抵抗であって、第１の抵抗は第２の抵
抗よりも抵抗値が十分に大きく設定されていることを特
徴とする。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【作用】本発明の構成では、投光手段の発光光量を電流
信号によって制御する場合に、接続線に対して直列接続
された抵抗を通して電流信号を得るとともに、この抵抗
をコントローラとセンサヘッドとにそれぞれ設けた第１
の抵抗と第２の抵抗との直列抵抗とし、かつ第１の抵抗
を第２の抵抗よりも十分に大きな抵抗値に設定している
ので、接続線に印加される電圧を低減することができ、
従来構成に比較するとクロストークを大幅に低減できる
ことになる。また、接続線のインピーダンスが比較的高
い場合でも外乱ノイズの影響を受けにくいという利点を
有している。たとえば、第１の抵抗と第２の抵抗との比
率を９：１にすれば、コントローラの出力側の電位が、
抵抗を設けていない場合に比較して１０分の１になり、
クロストークが大幅に減少し、しかも外乱ノイズの影響
を受けにくくなる。その結果、接続線上でコントローラ
の出力側と入力側との静電結合により生じるクロストー
クの量が減少し、クロストークに起因して発生していた
測定値の誤差が低減することになる。
信号によって制御する場合に、接続線に対して直列接続
された抵抗を通して電流信号を得るとともに、この抵抗
をコントローラとセンサヘッドとにそれぞれ設けた第１
の抵抗と第２の抵抗との直列抵抗とし、かつ第１の抵抗
を第２の抵抗よりも十分に大きな抵抗値に設定している
ので、接続線に印加される電圧を低減することができ、
従来構成に比較するとクロストークを大幅に低減できる
ことになる。また、接続線のインピーダンスが比較的高
い場合でも外乱ノイズの影響を受けにくいという利点を
有している。たとえば、第１の抵抗と第２の抵抗との比
率を９：１にすれば、コントローラの出力側の電位が、
抵抗を設けていない場合に比較して１０分の１になり、
クロストークが大幅に減少し、しかも外乱ノイズの影響
を受けにくくなる。その結果、接続線上でコントローラ
の出力側と入力側との静電結合により生じるクロストー
クの量が減少し、クロストークに起因して発生していた
測定値の誤差が低減することになる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【実施例】（参考例１） 本例 では、図１および図２に示すように、図７および図
８に示した従来構成と基本的な構成は同様であって、変
調器２２の出力を抵抗Ｒ1 よりなるＶ／Ｉ変換部３０を
通して電流信号に変換した後に接続線を通してレーザダ
イオード駆動回路１２に入力している点で相違する。従
来構成と同じ符号を付した他の構成は従来構成と同様で
ある。
８に示した従来構成と基本的な構成は同様であって、変
調器２２の出力を抵抗Ｒ1 よりなるＶ／Ｉ変換部３０を
通して電流信号に変換した後に接続線を通してレーザダ
イオード駆動回路１２に入力している点で相違する。従
来構成と同じ符号を付した他の構成は従来構成と同様で
ある。
【００２１】レーザダイオード駆動回路１２は、接続線
に直列に接続された直流カット用のコンデンサＣ1 を備
え、接続線を通して伝送された電流信号による制御信号
Ｖｍの直流成分を除去する。また、コンデンサＣ1 の一
端には抵抗Ｒ2 を介して発光量制御部１７の出力が制御
信号Ｖｍに加算されている。ここに、抵抗Ｒ1 と抵抗Ｒ
2 とはＲ1 ≫Ｒ2 に設定され、この関係によって、制御
信号Ｖｍが発光量制御部１７の動作に影響を与えないよ
うにしてある。たとえば、変調器２２の出力の最大電圧
振幅が５Ｖであるとすれば、抵抗Ｒ1 を１０ｋΩとして
制御信号Ｖｍを最大電流振幅が５００μＡの電流信号に
変換する。このとき、制御信号Ｖｍの最大電圧振幅は、
抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ2 、レーザダイオード駆動装置１２の
スイッチング用のトランジスタＱ1 の入力インピーダン
スにより決定され、無視できる程度に小さくなる。接続
線（ケーブル）には、外乱ノイズの影響を受けにくいよ
うに低インピーダンスのものが選択される。
に直列に接続された直流カット用のコンデンサＣ1 を備
え、接続線を通して伝送された電流信号による制御信号
Ｖｍの直流成分を除去する。また、コンデンサＣ1 の一
端には抵抗Ｒ2 を介して発光量制御部１７の出力が制御
信号Ｖｍに加算されている。ここに、抵抗Ｒ1 と抵抗Ｒ
2 とはＲ1 ≫Ｒ2 に設定され、この関係によって、制御
信号Ｖｍが発光量制御部１７の動作に影響を与えないよ
うにしてある。たとえば、変調器２２の出力の最大電圧
振幅が５Ｖであるとすれば、抵抗Ｒ1 を１０ｋΩとして
制御信号Ｖｍを最大電流振幅が５００μＡの電流信号に
変換する。このとき、制御信号Ｖｍの最大電圧振幅は、
抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ2 、レーザダイオード駆動装置１２の
スイッチング用のトランジスタＱ1 の入力インピーダン
スにより決定され、無視できる程度に小さくなる。接続
線（ケーブル）には、外乱ノイズの影響を受けにくいよ
うに低インピーダンスのものが選択される。
【００２２】上記構成によれば、コントローラ２０の出
力側の電位がほぼ０になり、コントローラ２０の出力側
から入力側へのクロストークが大幅に低減される。その
結果、クロストークに起因して発生していた測定値の誤
差を大幅に低減して、測定精度を向上させることができ
るのである。（実施例１） 本実施例は、図３および図４に示すように、参考例１に
おけるＶ／Ｉ変換部３０をセンサヘッド１０とコントロ
ーラ２０とに跨がるように設けたものである。具体的に
は、参考例１において変調器２２の出力に接続していた
抵抗Ｒ1 を、２個の抵抗Ｒ11，Ｒ12の直列抵抗とし、一
方の抵抗Ｒ11をコントローラ２０に設けて第１のＶ／Ｉ
変換部３０ａ、他方の抵抗Ｒ12をセンサヘッド１０に設
けて第２のＶ／Ｉ変換部３０ｂとしたものである。ま
た、抵抗Ｒ11，Ｒ12は、Ｒ11≫Ｒ12という関係に設定さ
れる。
力側の電位がほぼ０になり、コントローラ２０の出力側
から入力側へのクロストークが大幅に低減される。その
結果、クロストークに起因して発生していた測定値の誤
差を大幅に低減して、測定精度を向上させることができ
るのである。（実施例１） 本実施例は、図３および図４に示すように、参考例１に
おけるＶ／Ｉ変換部３０をセンサヘッド１０とコントロ
ーラ２０とに跨がるように設けたものである。具体的に
は、参考例１において変調器２２の出力に接続していた
抵抗Ｒ1 を、２個の抵抗Ｒ11，Ｒ12の直列抵抗とし、一
方の抵抗Ｒ11をコントローラ２０に設けて第１のＶ／Ｉ
変換部３０ａ、他方の抵抗Ｒ12をセンサヘッド１０に設
けて第２のＶ／Ｉ変換部３０ｂとしたものである。ま
た、抵抗Ｒ11，Ｒ12は、Ｒ11≫Ｒ12という関係に設定さ
れる。
【００２３】上記構成では、参考例１の抵抗Ｒ1 に対す
る抵抗Ｒ11，Ｒ12の関係を、Ｒ1 ＝Ｒ11＋Ｒ12とすれ
ば、コントローラ２０から出力される制御信号Ｖｍの最
大電圧振幅は参考例１よりも大きくなるが、Ｖ／Ｉ変換
部３０を設けていない従来構成に比較すれば、Ｒ12／
（Ｒ11＋Ｒ12）倍になり、クロストークの量も同様に低
減されることになる。たとえば、変調器２２の出力電圧
振幅を５Ｖとし、抵抗Ｒ11，Ｒ12をそれぞれ９ｋΩ、１
ｋΩとすれば、レーザダイオード駆動回路１２への入力
電流は５００μＡであって、制御信号Ｖｍの最大電圧振
幅は０．５Ｖになる。すなわち、制御信号Ｖｍの最大電
圧振幅を１０分の１に低減でき、クロストークも従来構
成の１０分の１になる。このように、制御信号Ｖｍの最
大電圧振幅を参考例１よりも大きく取っているから、接
続線のインピーダンスを参考例１よりも大きくとること
が可能でき、また参考例１よりも外乱ノイズの影響を受
けにくくなる。しかも、従来構成に比較して抵抗Ｒ11，
Ｒ12を追加しているだけであるから、センサヘッド１０
が大型化することがないのである。他の構成は参考例１
と同様である。
る抵抗Ｒ11，Ｒ12の関係を、Ｒ1 ＝Ｒ11＋Ｒ12とすれ
ば、コントローラ２０から出力される制御信号Ｖｍの最
大電圧振幅は参考例１よりも大きくなるが、Ｖ／Ｉ変換
部３０を設けていない従来構成に比較すれば、Ｒ12／
（Ｒ11＋Ｒ12）倍になり、クロストークの量も同様に低
減されることになる。たとえば、変調器２２の出力電圧
振幅を５Ｖとし、抵抗Ｒ11，Ｒ12をそれぞれ９ｋΩ、１
ｋΩとすれば、レーザダイオード駆動回路１２への入力
電流は５００μＡであって、制御信号Ｖｍの最大電圧振
幅は０．５Ｖになる。すなわち、制御信号Ｖｍの最大電
圧振幅を１０分の１に低減でき、クロストークも従来構
成の１０分の１になる。このように、制御信号Ｖｍの最
大電圧振幅を参考例１よりも大きく取っているから、接
続線のインピーダンスを参考例１よりも大きくとること
が可能でき、また参考例１よりも外乱ノイズの影響を受
けにくくなる。しかも、従来構成に比較して抵抗Ｒ11，
Ｒ12を追加しているだけであるから、センサヘッド１０
が大型化することがないのである。他の構成は参考例１
と同様である。
【００２４】（参考例２） 本例 は、図５に示すように、変調器２２の出力を減衰器
３１に通して電圧振幅を低減し、センサヘッド１０に設
けた増幅器３２により電圧増幅するように構成したもの
である。ここで、減衰器３１の減衰率と増幅器３２の増
幅率との積は１になるように設定される。たとえば、変
調器２２の出力の最大電圧振幅を５Ｖとするとき、減衰
器３１の減衰率を０．１に設定し、増幅器３２の増幅率
を１０に設定しておくのである。この設定では、実施例
１と同様に、制御信号Ｖｍの最大電圧振幅を０．５Ｖと
して、従来構成に比較してクロストークを１０分の１に
低減できることになる。
３１に通して電圧振幅を低減し、センサヘッド１０に設
けた増幅器３２により電圧増幅するように構成したもの
である。ここで、減衰器３１の減衰率と増幅器３２の増
幅率との積は１になるように設定される。たとえば、変
調器２２の出力の最大電圧振幅を５Ｖとするとき、減衰
器３１の減衰率を０．１に設定し、増幅器３２の増幅率
を１０に設定しておくのである。この設定では、実施例
１と同様に、制御信号Ｖｍの最大電圧振幅を０．５Ｖと
して、従来構成に比較してクロストークを１０分の１に
低減できることになる。
【００２５】ここにおいて、変調器２２と減衰器３１と
の順序は逆にしてもよく、図６に示すように、積分器２
３の出力を減衰器３１で減衰させて変調器２２への入力
としてもよい。減衰器３１は、たとえば２個の抵抗
Ｒ3 ，Ｒ4 を用いて入力を分圧した出力を得るように構
成すればよい。上記構成では、参考例１の構成に比較し
て制御信号Ｖｍの最大電圧振幅が大きいから、接続線の
インピーダンスを実施例１よりも大きく取ることがで
き、また実施例１よりも外乱ノイズの影響を受けにくい
のである。この構成はセンサヘッド１０の中に増幅器３
２を組み込むことができる場合に有効である。他の構成
は参考例１と同様である。
の順序は逆にしてもよく、図６に示すように、積分器２
３の出力を減衰器３１で減衰させて変調器２２への入力
としてもよい。減衰器３１は、たとえば２個の抵抗
Ｒ3 ，Ｒ4 を用いて入力を分圧した出力を得るように構
成すればよい。上記構成では、参考例１の構成に比較し
て制御信号Ｖｍの最大電圧振幅が大きいから、接続線の
インピーダンスを実施例１よりも大きく取ることがで
き、また実施例１よりも外乱ノイズの影響を受けにくい
のである。この構成はセンサヘッド１０の中に増幅器３
２を組み込むことができる場合に有効である。他の構成
は参考例１と同様である。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、投光手段の発光光量を電流信
号によって制御する場合に、接続線に対して直列接続さ
れた抵抗を通して電流信号を得るとともに、この抵抗を
コントローラとセンサヘッドとにそれぞれ設けた第１の
抵抗と第２の抵抗との直列抵抗とし、かつ第１の抵抗を
第２の抵抗よりも十分に大きな抵抗値に設定しているの
で、接続線に印加される電圧を低減することができ、従
来構成に比較するとクロストークを大幅に低減できるこ
とになる。また、接続線のインピーダンスが比較的高い
場合でも外乱ノイズの影響を受けにくいという利点を有
している。たとえば、第１の抵抗と第２の抵抗との比率
を９：１にすれば、コントローラの出力側の電位が、抵
抗を設けていない場合に比較して１０分の１になり、ク
ロストークが大幅に減少し、しかも外乱ノイズの影響を
受けにくくなる。その結果、接続線上でコントローラの
出力側と入力側との静電結合により生じるクロストーク
の量が減少し、クロストークに起因して発生していた測
定値の誤差が低減するという利点がある。
号によって制御する場合に、接続線に対して直列接続さ
れた抵抗を通して電流信号を得るとともに、この抵抗を
コントローラとセンサヘッドとにそれぞれ設けた第１の
抵抗と第２の抵抗との直列抵抗とし、かつ第１の抵抗を
第２の抵抗よりも十分に大きな抵抗値に設定しているの
で、接続線に印加される電圧を低減することができ、従
来構成に比較するとクロストークを大幅に低減できるこ
とになる。また、接続線のインピーダンスが比較的高い
場合でも外乱ノイズの影響を受けにくいという利点を有
している。たとえば、第１の抵抗と第２の抵抗との比率
を９：１にすれば、コントローラの出力側の電位が、抵
抗を設けていない場合に比較して１０分の１になり、ク
ロストークが大幅に減少し、しかも外乱ノイズの影響を
受けにくくなる。その結果、接続線上でコントローラの
出力側と入力側との静電結合により生じるクロストーク
の量が減少し、クロストークに起因して発生していた測
定値の誤差が低減するという利点がある。
【００２７】
【００２８】
【図１】参考例１を示すブロック回路図である。
【図２】参考例１を示す要部の回路図である。
【図３】実施例１を示すブロック回路図である。
【図４】実施例１を示す要部の回路図である。
【図５】参考例２を示すブロック回路図である。
【図６】参考例２を示す要部の回路図である。
【図７】従来例を示すブロック回路図である。
【図８】従来例を示す要部の回路図である。
【図９】本発明に係る光学式変位測定装置の動作原理を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ 投光手段 ２ 受光手段 １１ 投光素子 １３ 受光光学系 １４ 位置検出素子 ２２ 変調器 ２３ 積分器 ２５ 減算器 ２６ 加算器 ２８ 基準値発生部 ２９ 誤差増幅器 ３０ Ｖ／Ｉ変換部 ３１ 減衰器 ３２ 増幅器 Ｒ1 抵抗 Ｒ11 抵抗 Ｒ12 抵抗
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１−137888（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−19421（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/28
Claims (1)
- 【請求項１】 点状の光パターンである投光スポットを
物体の表面に照射する投光手段と、投光手段から照射さ
れた光の物体表面での反射光を受光光学系に通して収束
させ投光スポットの像として形成された受光スポットの
位置に対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信
号を出力する受光手段と、物体までの距離に相当する量
として各位置信号の出力レベルの差を演算する減算手段
と、受光手段での受光光量に相当する両位置信号の出力
レベルの和と既定の基準値との差に基づいて受光光量が
略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィード
バック制御する光量制御手段とを備え、投光手段および
受光手段を設けたセンサヘッドと、減算手段、光量制御
手段を設けたコントローラとが別体として接続線を介し
て互いに接続され、投光手段の発光光量は接続線に対し
て直列に接続された抵抗を通して得られる電流信号によ
り制御され、上記抵抗はコントローラに設けた第１の抵
抗とセンサヘッドに設けた第２の抵抗との直列抵抗であ
って、第１の抵抗は第２の抵抗よりも抵抗値が十分に大
きく設定されていることを特徴とする光学式変位測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20088092A JP3271797B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20088092A JP3271797B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642956A JPH0642956A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3271797B2 true JP3271797B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=16431780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20088092A Expired - Fee Related JP3271797B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271797B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2814542B1 (fr) * | 2000-09-22 | 2003-01-03 | Schneider Electric Ind Sa | Detecteur optique a emission regulee |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP20088092A patent/JP3271797B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0642956A (ja) | 1994-02-18 |
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