JP4533482B2 - 光学式変位計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物との距離または測定対象物の変位を測定する光学式変位計に関する。
【0002】
【従来の技術】
物体の移動量、物体の寸法等を測定するために、三角測量を応用した光学式変位計が用いられる。図7は従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構成を示すブロック図である。
【0003】
図7において、ヘッド部110は、駆動回路101、レーザダイオード102、投光レンズ103、受光レンズ104およびCCD(電荷結合素子)1次元イメージセンサ(以下、CCDリニアセンサと呼ぶ)105を内蔵する。
【0004】
駆動回路101はレーザダイオード102を駆動する。レーザダイオード102から出射されたレーザ光は投光レンズ103を通して測定対象物100に照射される。測定対象物100からの反射光が受光レンズ104を通してCCDリニアセンサ105により受光される。
【0005】
測定対象物100の相対位置および受光量に応じてCCDリニアセンサ105の受光面を構成する各画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Xにおいて一端部e1の画素から他端部e2の画素まで受光量を示す受光信号として順に読み出される。
【0006】
図7に実線で示すように、測定対象物100が測定範囲L内において光学式変位計のヘッド部110に近い位置にある場合には、測定対象物100からの反射光によりCCDリニアセンサ105の受光面の他端部e2に近い位置に光スポットが形成される。それにより、図8(a)に示すように、CCDリニアセンサ105から出力される受光信号のピークが時間軸上で位置t1に現れる。
【0007】
図7に破線で示すように、測定対象物100が測定範囲L内において光学式変位計のヘッド部110から遠い位置にある場合には、測定対象物100からの反射光によりCCDリニアセンサ105の受光面の一端部e1に近い位置に光スポットが形成される。それにより、図8(b)に示すように、CCDリニアセンサ105から出力される受光信号のピークが時間軸上の位置t2に現れる。
【0008】
このように、測定対象物100の位置に応じて受光信号においてピークの現れる位置が異なる。したがって、受光信号のピークの位置を検出することによりヘッド部110と測定対象物100との相対距離(変位)を求めることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の光学式変位計においては、図9に示すように、測定対象物100上に反射率の高い障害物100aが存在すると、レーザダイオード102から出射されたレーザ光が障害物100aで乱反射する。それにより、測定対象物100からの反射光L1および障害物100aからの反射光L2がCCDリニアセンサ105に入射し、受光面上にそれぞれ光スポットを形成する。そのため、CCDリニアセンサ105から出力される受光信号には、図10に示すように、測定対象物100からの反射光L1によるピークp1および障害物100aからの反射光L2によるピークp2が現れる。
【0010】
障害物100aは必ず測定対象物100よりもヘッド部110に近い側にあるため、CCDリニアセンサ105の一端部e1の画素から他端部e2の画素まで走査方向Xに読み出しを行うと、受光信号において常に測定対象物100からの反射光L1によるピークが最初に現れる。したがって、受光信号において1番目に現れたピークの位置を求める処理によりヘッド部110と測定対象物100との相対距離(変位)を求めることができる。
【0011】
しかしながら、図11に示すように、測定対象物100が透明な材料により形成されている場合には、測定対象物100の表面からの反射光L3および裏面からの反射光L4がCCDリニアセンサ105に入射する。この場合、CCDリニアセンサ105の受光面の一端部e1に近い位置に測定対象物100の裏面からの反射光L4による光スポットが形成され、他端部e2に近い位置に測定対象物100の表面からの反射光L3による光スポットが形成される。
【0012】
それにより、図12に示すように、受光信号において時間軸上で測定対象物100の裏面からの反射光L4によるピークp4が1番目に現れ、測定対象物100の表面からの反射光L3によるピークp3が2番目に現れる。そのため、上記のように、受光信号において1番目に現れるピークの位置を求める処理によると、測定対象物100の表面の変位を求めることはできない。
【0013】
CCDリニアセンサ105から受光信号を読み出すための走査方向Xを逆にすることはできないため、透明の測定対象物100の表面の変位を測定する場合には、図7のヘッド部110とは別に、CCDリニアセンサ105を180度回転させて取り付けたヘッド部を用意する必要がある。すなわち、1台のヘッド部により不透明の測定対象物および透明の測定対象物の両方を測定することができない。
【0014】
本発明の目的は、光を透過する測定対象物および光を透過しない測定対象物の両方の距離または変位を測定することができる光学式変位計を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明に係る光学式変位計は、測定対象物との距離または該測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を照射する光源と、列状に配列された複数の画素を有し、測定対象物からの反射光を受光して各画素での受光量を一端部の画素から他端部の画素まで順に受光信号として読み出すイメージセンサと、測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードを設定する動作モード設定手段と、動作モード設定手段により設定された動作モードを判別する動作モード判別手段と、所定レベル以上のイメージセンサから読み出される受光信号をピークとして認識するピーク認識手段と、動作モード判別手段により判別された動作モードに基づいて、ピーク認識手段によって認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークを選択するピーク選択手段と、ピーク選択手段によって選択されたピークのイメージセンサにおける位置を求めるピーク位置検出手段とを備えたものである。
【0016】
本発明に係る光学式変位計においては、光源からの光が測定対象物に照射され、測定対象物からの反射光がイメージセンサにより受光され、イメージセンサの受光面に光スポットが形成される。イメージセンサの一端部の画素から他端部の画素まで各画素での受光量が受光信号として順に読み出される。
【0017】
そして、イメージセンサから読み出される所定レベル以上の受光信号がピークとして認識される。また、測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードが設定され、設定された動作モードが判別される。認識されたピークが複数の場合、判別された動作モードに基づいて、認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークが選択され、選択されたピークのイメージセンサにおける位置が求められる。
【0018】
したがって、測定対象物が光を透過するか否かに応じて動作モードの設定により選択すべきピークを予め設定することにより、光を透過する測定対象物および光を透過しない測定対象物の両方の変位を測定することが可能となる。
【0019】
第2の発明に係る光学式変位計は、第1の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、イメージセンサに対して近接する位置に存在する測定対象物の第1測定位置ならびに、該第1測定位置よりもイメージセンサに対し離れた位置にある測定対象物の第2測定位置の各々からの反射光を受光するとともに、第2測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるように配設されるものである。
【0020】
この場合、イメージセンサに対して近接する第1測定位置およびイメージセンサに対して離れた第2測定位置の各々からの反射光が受光されるとともに第2測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるようにイメージセンサが配置される。したがって、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部に1番目に近い位置に結像された反射光によるピークを選択することにより第2測定位置を検出することができ、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部から2番目に近い位置に結像された反射光によるピークを選択することにより測定対象物の第1測定位置を検出することができる。
【0021】
第3の発明に係る光学式変位計は、第1の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサの測定領域において、読み出し開始側が読み出し終了側よりも相対的に遠い位置に存在する測定対象物からの反射光を受けることができるものである。
【0022】
この場合、イメージセンサに対して離れた位置からの反射光がイメージセンサの測定領域において読み出し開始側に結像され、イメージセンサに対して近接する位置からの反射光がイメージセンサの測定領域において読み出し終了側に結像される。したがって、動作モードの設定によりイメージセンサの測定領域において読み出し開始側に結像された反射光によるピークを選択することによりイメージセンサに対して相対的に遠い位置に存在する測定対象物の位置を検出することができ、動作モードの設定によりイメージセンサの測定領域において読み出し終了側に結像された反射光によるピークを選択することによりイメージセンサに対して相対的に近い位置に存在する測定対象物の位置を検出することができる。
【0023】
第4の発明に係る光学式変位計は、第2の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側の一端部から2番目の、第1測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【0024】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側の一端部から2番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の表面の位置を検出することができる。
【0025】
第5の発明に係る光学式変位計は、第2の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側の一端部から1番目の、第2測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【0026】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側の一端部から1番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の裏面の位置を検出することができる。
【0027】
第6の発明に係る光学式変位計は、第3の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側から2番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【0028】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側から2番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の表面の位置を検出することができる。
【0029】
第7の発明に係る光学式変位計は、第3の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側から1番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【0030】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側から1番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の裏面の位置を検出することができる。
【0031】
第8の発明に係る光学式変位計は、第1の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、複数箇所からの反射光を受光する際、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が、読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるように配設され、所定の位置に設けられる非透過性の測定対象物の計測において、ピーク選択手段は、読み出し開始側の一端部から1番目のピークを選択するための動作モードを含むものである。
【0032】
この場合、測定対象物の複数箇所からの反射光が受光される際には、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるようにイメージセンサが配設される。非透過性の測定対象物の計測においては、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部から1番目のピークが選択される。それにより、複数の反射光が得られる測定対象物および非透過性の測定対象物の両方の距離または変位を共通の光学式変位計により測定することが可能となる。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例における光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【0034】
図1の光学式変位計はヘッド部1および本体部2により構成される。ヘッド部1は、レーザダイオード11、駆動回路12、CCD1次元イメージセンサ(以下、CCDリニアセンサと呼ぶ)13、CCD制御回路14、増幅回路15、投光レンズ16および受光レンズ17を含む。
【0035】
一方、本体部2は、LPF(ローパスフィルタ)・増幅回路21、ピークホールド回路22、マイクロコンピュータ23およびD/A変換器(デジタル/アナログ変換器)25を含む。マイクロコンピュータ23は、A/D変換器(アナログ/デジタル変換器)24を内蔵する。また、本体部2は、AGC(自動利得制御)増幅器26、ピークホールド回路27、減算器28、誤差積分回路29および基準電圧発生回路30を含む。さらに、本体部2は、クロック発生回路33、電源回路34およびモード設定スイッチ35を含む。
【0036】
マイクロコンピュータ23は、レーザダイオード11の点灯時間を制御するレーザダイオード駆動パルス信号LDを発生する。駆動回路12は、レーザダイオード駆動パルス信号LDに応答してレーザダイオード11を駆動する。この駆動回路12は、例えば、レーザダイオード駆動パルス信号LDの活性期間(例えばハイレベルの期間)にレーザダイオード11に電流を供給する。したがって、レーザダイオード駆動パルス信号LDのパルス幅に応じてレーザダイオード11の点灯時間が制御される。
【0037】
レーザダイオード11から出射された光は投光レンズ16を通して測定対象物100に照射される。測定対象物100の表面からの反射光L11が受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13により受光される。測定対象物100が透明な材料により形成されている場合には、測定対象物100の裏面からの反射光L12も受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13により受光される。
【0038】
測定対象物100の相対位置および受光量に応じてCCDリニアセンサ13の受光面を構成する各画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Xにおいて一端部E1の画素から他端部E2の画素まで受光量を示す受光信号として順に読み出される。
【0039】
CCDリニアセンサ13から出力される受光信号は増幅回路15により増幅され、増幅された受光信号LS0が本体部2のLPF・増幅回路21に出力される。CCD制御回路14は、クロック発生回路33により発生されるクロック信号CKに同期してCCDリニアセンサ13の動作を制御する。
【0040】
LPF・増幅回路21は、増幅回路15から出力された受光信号LS0の高周波成分を除去するとともにその受光信号LS0を増幅し、受光信号LS1として出力する。
【0041】
AGC増幅器26は、LPF・増幅回路21から出力された受光信号LS1を増幅し、受光信号LS2として出力する。A/D変換器31は、AGC増幅器26から出力された受光信号LS2をアナログ/デジタル変換し、受光データD0を出力する。デジタル処理回路32は、A/D変換器31から出力された受光データD0のうちある一定のしきい値以上のデータをピークデータD1として出力する。マイクロコンピュータ23は、デジタル処理回路32から出力されたピークデータD1に基づいてピークの位置を検出する。
【0042】
マイクロコンピュータ23により検出されたピークの位置のデータは変位の測定結果としてD/A変換器25に出力される。D/A変換器25はピークの位置のデータをアナログ信号に変換し、測定結果として外部または表示部(図示せず)に出力する。
【0043】
モード設定スイッチ35は、ユーザが光学式変位計の動作モードを設定するために用いられる。本実施例の光学式変位計は、動作モードとして不透明の測定対象物を測定するためのノーマルモードおよび透明の測定対象物を測定するための表面反射モードを有する。
【0044】
マイクロコンピュータ23は、モード設定スイッチ35により設定された動作モードを示すモード設定信号MDをデジタル処理回路32に与える。デジタル処理回路32は、モード設定信号MDがノーマルモードを示すときに1番目のピークを選択し、モード設定信号MDが表面反射モードを示すときに2番目のピークを選択する。また、デジタル処理回路32は、マイクロコンピュータ23から与えられるモード設定信号MDに基づいてピークホールド回路22,27にリセット信号RSおよびサンプルホールド信号SHを出力する。
【0045】
本体部2において、LPF・増幅回路21、ピークホールド回路22、マイクロコンピュータ23およびA/D変換器24がデューティサイクル制御ループを構成する。このデューティサイクル制御ループは、受光信号LS0のピーク電圧が所定のレベルになるようにレーザダイオード駆動パルス信号LDのデューティサイクルをフィードバック制御する。
【0046】
ピークホールド回路22は、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1のピーク電圧を保持するとともにサンプルホールド信号SHに応答してサンプルホールドしてピークホールド電圧Vp1として出力する。A/D変換器24は、ピークホールド回路22から出力されるピークホールド電圧Vp1をデジタルデータに変換する。
【0047】
マイクロコンピュータ23は、ピークホールド電圧Vp1のデジタルデータとマイクロコンピュータ23内部に予め設定されたデジタルデータとを比較し、両者が等しくなるようにレーザダイオード駆動パルス信号LDのデューティサイクルを制御する。ここで、レーザダイオード駆動パルス信号LDのデューティサイクルは、レーザダイオード駆動パルス信号LDのパルス幅を周期で割った値である。
【0048】
また、LPF・増幅回路21、AGC増幅器26、ピークホールド回路27、減算器28、誤差積分回路29および基準電圧発生回路30がAGC(自動利得制御)ループを構成する。このAGCループは、AGC増幅器26から出力される受光信号LS2のピーク電圧が所定のレベルになるようにAGC増幅器26の利得(増幅率)をフィードバック制御する。
【0049】
AGC増幅器26は、LPF・増幅回路21から出力された受光信号LS1を増幅する。ピークホールド回路27は、AGC増幅器26から出力された受光信号LS2のピーク電圧を保持するとともにサンプルホールド信号SHに応答してサンプルホールドしてピークホールド電圧Vp2として出力する。一方、基準電圧発生回路30は、所定の基準電圧Vrを発生する。
【0050】
減算器28は、基準電圧Vrとピークホールド電圧Vp2との差を誤差信号として出力する。誤差積分回路29は、誤差信号を積分し、積分された誤差信号を制御電圧としてAGC増幅器26に与える。これにより、制御電圧に基づいてAGC増幅器26から出力される受光信号LS2のピーク電圧が基準電圧Vrと等しくなるように、AGC増幅器26の利得が制御される。
【0051】
このように、デューティサイクル制御ループとは独立にAGCループが構成されているので、デューティサイクル制御ループのデューティ比の制御およびAGCループにおけるAGC増幅器26の利得の制御が単純かつ容易となり、安定した測定が可能となる。
【0052】
本実施例では、レーザダイオード11が光源に相当し、CCDリニアセンサ13がイメージセンサに相当する。また、モード設定スイッチ35が動作モード設定手段に相当し、デジタル処理回路32がモード判別手段、ピーク認識手段およびピーク選択手段に相当し、マイクロコンピュータ23がピーク位置検出手段に相当する。
【0053】
図2は図1の光学式変位計におけるノーマルモード時の動作を示す信号波形図、図3は図1の光学式変位計における表面反射モード時の動作を示す信号波形図である。
【0054】
図1の測定対象物100が不透明の場合には、測定対象物100の表面からの反射光L11が受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13に入射し、受光面上に光スポットを形成する。それにより、図2に示すように、増幅回路15から出力される受光信号LS0において測定対象物100の表面からの反射光L11による1番目のピークPK1が現れる。
【0055】
このとき、図9に示したように、測定対象物100上に反射率の高い障害物が存在する場合には、障害物からの反射光も受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13に入射し、受光面上に光スポットを形成する。それにより、図2に示すように、増幅回路15から出力される受光信号LS0において障害物からの反射光による2番目のピークPK2が現れる。
【0056】
同様に、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1およびAGC増幅器26から出力される受光信号LS2にも2つのピークが現れる。それにより、A/D変換器31から出力される受光データD0において1番目のピークpk1および2番目のピークpk2が現れる。
【0057】
デジタル処理回路32は、受光データD0において1番目のピークpk1を選択し、選択されたピークpk1のデータのうち所定のしきい値Thよりも大きい値を有するデータを抽出し、ピークデータD1として出力する。具体的には、デジタル処理回路32は、受光データD0の選択された1番目のピークpk1のデータからしきい値Thを減算し、0よりも大きいデータのみをピークデータD1とする。マイクロコンピュータ23は、デジタル処理回路32から出力されるピークデータD1の重心の位置P1を算出する。
【0058】
ピークホールド回路22は、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1において1番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP1として保持する。また、ピークホールド回路27は、AGC増幅器26から出力される受光信号LS2において1番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP2として保持する。
【0059】
この場合、デジタル処理回路32から出力されるリセット信号RSは、ローレベルのまま変化しない。デジタル処理回路32からピークホールド回路22,27に与えられるサンプルホールド信号SHは、1番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上がる。それにより、ピークホールド回路22,27は、1番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧VP1,VP2をサンプルホールドしてピークホールド電圧Vp1,Vp2として出力し続ける。
【0060】
図1の測定対象物100が透明の場合には、測定対象物100の表面からの反射光L11および裏面からの反射光L12が受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13に入射し、受光面上にそれぞれ光スポットを形成する。それにより、図3に示すように、増幅回路15から出力される受光信号LS0において測定対象物100の裏面からの反射光L12による1番目のピークPK3および表面からの反射光L11による2番目のピークPK4が順に現れる。
【0061】
同様に、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1およびAGC増幅器26から出力される受光信号LS2にも2つのピークが現れる。それにより、A/D変換器31から出力される受光データD0において1番目のピークpk3および2番目のピークpk4が現れる。
【0062】
デジタル処理回路32は、受光データD0において2番目のピークpk4を選択し、選択されたピークpk4のデータのうち所定のしきい値Thよりも大きい値を有するデータを抽出し、ピークデータD1として出力する。具体的には、デジタル処理回路32は、受光データD0の選択された2番目のピークpk4のデータからしきい値Thを減算し、0よりも大きいデータのみをピークデータD1とする。マイクロコンピュータ23は、デジタル処理回路32から出力されるピークデータD1の重心の位置P2を算出する。
【0063】
ピークホールド回路22は、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1において1番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP1として保持する。また、ピークホールド回路27は、AGC増幅器26から出力される受光信号LS2において1番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP2として保持する。
【0064】
その後、デジタル処理回路32から出力されるリセット信号RSが、ローレベルからハイレベルに変化する。リセット信号RSの立ち上がりに応答してピークホールド回路22,27がリセットされ、ピークホールド回路22,27の保持電圧VP1,VP2が0となる。そして、ピークホールド回路22は、LPF・増幅回路21から出力される受光信号LS1において2番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP1として保持する。また、ピークホールド回路27は、AGC増幅器26から出力される受光信号LS2において2番目のピークの最大の電圧を保持電圧VP2として保持する。この場合、デジタル処理回路32からピークホールド回路22,27に与えられるサンプルホールド信号SHは、2番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上がる。それにより、ピークホールド回路22,27は、2番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧VP1,VP2をサンプルホールドしてピークホールド電圧Vp1,Vp2として出力する。
【0065】
図4は図1のデジタル処理回路32の動作を示すフローチャートである。
デジタル処理回路32は、A/D変換器31から出力される受光データD0において1番目のピークを検出する(ステップS1)。受光データD0において1番目のピークが検出された場合には、デジタル処理回路32はモード設定信号MDに基づいて動作モードが表面反射モードに設定されているか否かを判別する(ステップS2)。
【0066】
動作モードが表面反射モードに設定されている場合には、デジタル処理回路32はハイレベルのリセット信号RSをピークホールド回路22,27に出力する(ステップS3)。それにより、ピークホールド回路22,27がリセットされる。
【0067】
その後、デジタル処理回路32は、A/D変換器31から出力される受光データD0において2番目のピークを検出する(ステップS4)。受光データD0において2番目のピークが検出された場合には、デジタル処理回路32は2番目のピークを選択し、そのピークに対応するピークデータD1をマイクロコンピュータ23に出力する(ステップS5)。それにより、マイクロコンピュータ23は、2番目のピークの位置を算出し、その算出結果をD/A変換器25を通して外部または表示部に出力する。
【0068】
一方、ステップS2において、動作モードがノーマルモードに設定されている場合には、デジタル処理回路32は、A/D変換器31から出力される受光データD0において1番目のピークを選択し、選択されたピークに対応するピークデータD1をマイクロコンピュータ23に出力する(ステップS6)。それにより、マイクロコンピュータ23は、1番目のピークの位置を算出し、その算出結果をD/A変換器25を通して外部または表示部に出力する。
【0069】
なお、ステップS1において所定時間内に1番目のピークが検出されなかった場合、およびステップS4において所定時間内に2番目のピークが検出されなかった場合には、デジタル処理回路32はエラー信号をマイクロコンピュータ23に出力する(ステップS7)。それにより、マイクロコンピュータ23は、エラー信号をD/A変換器25を通して外部または表示部に出力する。
【0070】
上記のように、本実施例の光学式変位計においては、動作モードの設定を変更することにより、透明の測定対象物および不透明の測定対象物の両方の変位を共通のヘッド部1を用いて測定することができる。したがって、共通のヘッド部1を用いて測定可能な測定対象物の範囲が広がる。また、ヘッド部1の組み立て作業において、2種類のヘッド部1を組み立てる必要がなくなるので、作業時間が大幅に短縮される。
【0071】
なお、上記実施例の光学式変位計はノーマルモードおよび表面反射モードの2つの動作モードを有しているが、光学式変位計が3つ以上の動作モードを有してもよい。
【0072】
例えば、図5に示すように、測定対象物100がガラス板等の2つの透明体100A,100Bの積層構造からなる場合には、透明体100Bの表面からの反射光L11、透明体100Bの裏面からの反射光L12および透明体100Aの裏面からの反射光L13が受光レンズ17を通してCCDリニアセンサ13に入射し、受光面上に3つの光スポットを形成する。
【0073】
それにより、図6に示すように、受光信号において透明体100Aの裏面からの反射光L13による1番目のピークPK13、透明体100Bの裏面からの反射光L12による2番目のピークPK12および透明体100Bの表面からの反射光L11による3番目のピークPK11が現れる。
【0074】
このような場合には、図1のモード設定スイッチ35により1番目のピークPK13を選択する第1の動作モード、2番目のピークPK12を選択する第2の動作モードおよび3番目のピークPK11を選択する第3の動作モードを設定可能とすることにより、透明体100Aの裏面、透明体100Bの裏面および透明体100Bの表面の変位を1つのヘッド部1により測定することが可能となる。同様に、受光信号において4つ以上のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれかを選択する4つ以上の動作モードを設定可能とすることもできる。
【0075】
なお、上記実施例では、ヘッド部1に対して遠い位置からの反射光による受光信号のピークから順に読み出されるようにCCDリニアセンサ13が配置されているが、複数の位置からの反射光による受光信号のピークとCCDリニアセンサ13からのピークの読み出し順序との関係はこれに限定されず、受光信号において複数のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれかを選択する複数の動作モードを設定可能に構成することができる。例えば、ヘッド部1に対して近い位置からの反射光による受光信号のピークから順に読み出されるようにCCDリニアセンサ13を配置してもよい。
【0076】
上記実施例においては、光源としてレーザダイオード11が用いられているが、光源として発光ダイオード等の他の発光素子を用いてもよい。さらに、上記実施例では、イメージセンサとしてCCD1次元イメージセンサ13が用いられているが、イメージセンサとしてCCD2次元イメージセンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の光学式変位計におけるノーマルモード時の動作を示す信号波形図である。
【図3】図1の光学式変位計における表面反射モード時の動作を示す信号波形図である。
【図4】図1の光学式変位計のデジタル処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図5】3つの動作モードを有する光学式変位計を説明するための図である。
【図6】3つの動作モードを有する光学式変位計における受光信号を示す図である。
【図7】従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構成を示す図である。
【図8】図7の光学式変位計における受光信号を示す図である。
【図9】図7の光学式変位計による障害物を有する測定対象物の測定を示す図である。
【図10】図7の光学式変位計により障害物を有する測定対象物を測定した場合の受光信号を示す図である。
【図11】図7の光学式変位計による透明の測定対象物の測定を示す図である。
【図12】図7の光学式変位計により透明の測定対象物を測定した場合の受光信号を示す図である。
【符号の説明】
1 ヘッド部
2 本体部
11 レーザダイオード
12 駆動回路
13 CCDリニアセンサ
21 LPF・増幅回路
22,27 ピークホールド回路
23 マイクロコンピュータ
24,31 A/D変換器
26 AGC増幅器
32 デジタル処理回路
35 モード設定スイッチ
100 測定対象物
Claims (8)
- 測定対象物との距離または該測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、
前記測定対象物に光を照射する光源と、
列状に配列された複数の画素を有し、前記測定対象物からの反射光を受光して各画素での受光量を一端部の画素から他端部の画素まで順に受光信号として読み出すイメージセンサと、
前記測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードを設定する動作モード設定手段と、
前記動作モード設定手段により設定された動作モードを判別する動作モード判別手段と、
所定レベル以上の前記イメージセンサから読み出される受光信号をピークとして認識するピーク認識手段と、
前記動作モード判別手段により判別された動作モードに基づいて、前記ピーク認識手段によって認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークを選択するピーク選択手段と、
前記ピーク選択手段によって選択されたピークの前記イメージセンサにおける位置を求めるピーク位置検出手段とを備えたことを特徴とする光学式変位計。 - 前記イメージセンサは、イメージセンサに対して近接する位置に存在する前記測定対象物の第1測定位置ならびに、該第1測定位置よりもイメージセンサに対し離れた位置にある前記測定対象物の第2測定位置の各々からの反射光を受光するとともに、前記第2測定位置からの反射光が読み出し開始側の前記一端部に近い位置に結像されるように配設されることを特徴とする請求項1記載の光学式変位計。
- 前記イメージセンサの測定領域において、読み出し開始側が読み出し終了側よりも相対的に遠い位置に存在する測定対象物からの反射光を受けることができることを特徴とする請求項1記載の光学式変位計。
- 前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から2番目の、前記第1測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項2記載の光学式変位計。 - 前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から1番目の、前記第2測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項2記載の光学式変位計。 - 前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側から2番目の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項3記載の光学式変位計。 - 前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側から1番目の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項3記載の光学式変位計。 - 前記イメージセンサは、複数箇所からの反射光を受光する際、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が、読み出し開始側の前記一端部に近い位置に結像されるように配設され、所定の位置に設けられる非透過性の測定対象物の計測において、前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から1番目のピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項1記載の光学式変位計。
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