JPH01242915A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ビームを被測定物上に照射し、その反射光を
受光素子に受光して得られる出力ｌｉｔかも計算によっ
て被測定物までの距購とその距離の変位を測定する測距
装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の測距装置の構成図で、この第４図に示す
ようにレーザビームやピンホール、スリットを用いて指
向性をよ（した可視光などを光源２から発光し、照射レ
ンズ４を通して光ビーム６として被測定物８（以下ワー
ク８と記する）上に照射し、その反射光１２を集光レン
ズ１４を通して一次元の受光素子１６上に結嶽して光ビ
ーム６の照射方向（Ｙ方向）のワーク８までの距離とそ
の距離の変位を測定する装置としては、例えば蒔開開５
５−４０９４２号公報に開示されているよ５な三角測量
方式を基本とするものと、特開昭５５−１１９００６号
公報、特開昭５７−６７８１５号公報などに開示されて
いるようにシャインプルーグの条件を満足する光学系配
置によるものなどが公知である。ここに前記のシャイン
プルーグ条件について第４図によって説明する。シャイ
ンプルーグ条件とは、集光レンズ１４を含む面１８と受
光素子１６　（Ｐ　Ｓ　Ｄ　：　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ−８
ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒともいう）を含む
面２０（結像面に相当する）が、光ビーム６の光路上の
任意の一点２２で交わるように配置すれは光ビーム６上
の任意の点はすべてピントがあって面２０上に結像され
ることをいい、ワーク８上の輝点１０からの反射光１２
の像１２ａを受光素子１６上に常にピントの合った状態
で結像することは、測定精度を高める点からも受光素子
１６の信号−雑音化を高める点からも非常に重要なこと
である。

前記の従来の測距装置は、いずれも照射光学系から照射
された光ビーム６をワーク８上に照射して輝点１０を形
成させ、この反射光１２を光ビーム６の光路・に対して
斜めに配置ｄされた受光光学系により一次元の受光素子
１６上に結像させ、例えは光ビーム６０光路に沿ったワ
ーク８のＹ方向の変位量を、受光素子１６上の反射光１
２の像の変化として検出することにより測定するもので
ある。

前記のようにレーザビーム等を使用して非接触でワーク
８の位置を測定する測距装置は、軟かいプラスチックの
ようなワーク８でも傷付けることな（測定が可能であり
、かつ工場内のロボット等の自動化機器の測距装置とし
て使い易いなど、接触式の測距装置にはない幾つかの長
所を持っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前記の従来例では以下に述べるような問題
があって、信号処理用電気回路が複雑となり従って高価
になるという欠点があった。例えばシャインプルーグ条
件を満す光学系配置の前記の特開昭５５−１１９００６
号公報では同公報に示されているように、その構成は第
４図に示すようなものであり、測距のための受光素子１
６上の像１２ａの位置を受光素子１６の２出力電流Ｉ、
　、　Ｉ。

の比の計算結果をＬ倍する係数器とから構成される演算
器３６により下記する（１３式を演算する。すなわち、
第５図に示す受光素子１６の部分拡大図のように受光素
子１６の全長を２Ｌとし、受光素子１６の中心を中心１
６ｂとし、反射光１２の像１２ａの中心１６ｂからの距
離をＸｏとするとつぎに前記の演算器３６によるこの（
１）式の演算結果とワーク８の変位を比例させる補正の
ために、折線近似回路、指数関数回路、あるいはディジ
タル演算回路などの複雑な非直線性補正回路３８による
信号処理をして測定を行っていた。従ってこの非直線性
補正回路３８が複雑になり高価になるという欠点があっ
た。

本発明は前記の欠点を解決するために、非直線性補正回
路を必要とせずこれに代えて簡単な演算器を付加した安
価な測距装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するために、本発明は、距離を測定し
ようとするワークに光ビームを照射して輝点を形成させ
、この輝点からの反射光の像を受光素子の受光面上に受
光し、その反射光の像の位置を二つの出力＠流Ｉ１、Ｉ
２として位置出力を得て、演算によって計測値を得るシ
ャインプルーグの条件を満足する光学配置による測距装
置において、前記の２出力電流Ｉ１、Ｉ２からそれぞれ
比例した２電圧Ｖ（、Ｖ、を得る電流電圧変換器と、２
電圧Ｖ１゜■！を入力しＶ、＋　Ｖ、を出力する加算器
と、前記のＶＩ。

ｖ、＋ｖ、　ｂ’　ラ（Ｖｔ＋Ｖｔ　）／　Ｖｔ　’ｘ
、演算演算量力する除算器と、この除算器の演算結果に
定数Ｋを乗じてに−（ｖ１＋Ｖ、　）／Ｖ、を演算する
係数器とを備えるものとする。

〔作　用〕

本発明はシャインプルーグの条件を満足する光学装置に
よる測距装置において、電流電圧変換器と、加算器と、
除算器と、係数器とを備えて測定装置を構成したため、
測定しようとするワークまでの距離を、Ｋ・（Ｖ１＋Ｖ
り／Ｖｌという係数器の演算結果から得ることができる
。これによって非直線性補正回路を使用していて複雑で
高価であった従来例の欠点が解決され、これに代えて簡
単な演算器を付加した測距装置によってワークまでの距
離を測定できる。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示すもので、第
１図は測距装置の構成図であり、前記の第４図との相異
点は、受光素子１６以降の構成が異なる点である。第１
図において、レーザビームやピンホール、スリットを用
いて指向性をよくした可視光などを光源２から発光し、
照射レンズ４を通して光ビーム６としてワーク８上に照
射し、その反射光１２を集光レンズ１４を通して一次元
の受光素子１６上に結像して光ビーム６の照射方向（Ｙ
方向）のワーク８までの距離とその距離の変位を測定す
る。このとき、集光レンズ１４を含む面１８と受光素子
１６を含む面２０（結像面に相当する）が、光ビーム６
の光路上の任意の一点２２で交わるように配置して、光
ビーム６上の任意の点はすべてピントがあって面２０上
に結像されるシャインプルーグ条件を満足する光学系配
置になっている。なお、第１図においてはたまたま下記
する第２図との関連から、照射レンズ４と集光レンズ１
４とが光ビーム６の光路に垂直な同一面の面１８上に配
置されているために、点２２が照射レンズ４の中心に一
致して示され七（・る。受光素子１６上の反射光１２の
￥１４１２　ａの位置によって２出力’ｔｍ流１１．Ｉ
、が得られ、前記の２出力電流Ｉ１、Ｉ２からそれぞれ
比例する２出力電圧Ｖ、　、　Ｖ。

を得るｔ流電圧変換器２４．２４と、２出力電圧ｖ１．
　Ｖｉを入力しＶ、　＋　Ｖ、を出力する加算器２６と
、Ｍｉｌ　記）Ｖｌ　＊　Ｖｌ　＋　Ｖｌ　カラ（Ｖｌ
＋　Ｖｔ　）　／ｖ＋　ヲ演’Ｎ−＃　出力する除算器
２８と、この除算器２８の演算結果に定数Ｋを乗じてＫ
・（ｖ、　＋　ｖ、　）／　ｖｌを演算する係数器３０
とを備えており、この係数器３０の出力によって計測値
を得る本発明の測距装置を構成している。

第２図は動作を説明する図である。第２図においてＪ受
光素子１６を含む面２０のｘ　−Ｘ座標でσ）受光素子
１６の配置を示す式を（２）式、反射光１２０光路を示
す式を（３）式とすると ｙ＝ｍｘ　　　　　　　　　　　　　（２）ｙ　＝　Ｍ
　（ｘ−Ｘ□　）　　　　　　　　　（３）ただし ｍ：受光素子１６の傾き Ｍ：反射光１２の傾き Ｘｏ：集光レンズ１４のＸ座標 受光素子１６上の反射光１２の像１２ａの位置は（２）
式　、（３）式の直線の交点であるから（２）式、（３
）式より 受光素子１６の一端１６ａのＸ座標を集光レンズ１４の
Ｘ座標と同じＸｏとイると、受光素子１６の一端１６ａ
のＸ座標は（？）式より ｙ　　＝　ｍ　ＸＱ よって受光素子１６の一端１６ａから受光素子１６上の
反射光１２の像１２ａまでの距離Ｘはより 　−ｍ ワーク８上の輝点１０のＸ座標は（３）式よりｙ　＝Ｍ
ｘ０（７） いま（２）式のｙ＝ｍｘで示した蛛２０に平行に、集光
レンズ１４の中心から線６に向かって線３２を引き、線
６との交点を３４とすると勝３２はｙ＝ｍ　Ｘ　　ｆｆ
ｌ　ｘ＋１　ｓ交点３４の座標は（０−ｍＸｏ）となる
。ワーク８までの距離を交点３４　（０、−ｍｘｏ）か
ら測るものとしこの距離すなわち交点３４と輝点１０と
の距離をＹとすると Ｙ　＝　−（Ｍ−ｍ　）　Ｘ６　　　　　　　　（８）
（６）式、（８）式より Ｘ　ｍ　Ｙ　＝　−ｍ　Ｆ了１乙ｘｏ１ここで に０＝　−ｍ　ａ　ｎａ　ｘｏ”　　　　　　　ｆ９）
とおけば、測定袋ｊηにおいてｍ　、　Ｘｏは定数であ
るからに０は定数であって Ｘ１１　Ｙ＝に０　　　　　　　　　　　　　　　（ｌ
ｏ）となる。

一方前記の第４図の従来例で説明したように、第４図に
示す受光索子１６の２出力を流をＩ、、Ｉ。

とすれは、受光素子１６上の反射光１２の像１２ａと受
光素子１６の中心１６ｂとの距Ｎ　Ｘｏは前記の（１）
式で示されるとうりである。また受光素子１６の全長を
前記と同じ＜２Ｌとすると Ｘ　＝　ｘ、　＋　Ｌ　　　　　　　　　　　（１１）
従って（１）式に（１１）式を代入したものを（１の式
に改めて代入しに＝に、／２Ｌとすれば、Ｋは定数であ
って求めるべき距離Ｙは となる。従って受光素子１６によって２出力電流Ｉ１、
Ｉ２を求め、付加した簡単な演算器によって演算し、（
１２）式に示す求めるべき距離Ｙを得ることができる。

前記の説明では、除算器２８はＶｔ　−Ｖｔ　＋　Ｖｔ
がら（Ｖｌ　＋　Ｖｔ　）　／Ｖ＋を演算するもので示
したが、これに代エテＶｔ　−Ｖｔ　＋　Ｖｔ　カラ（
ｖｒ　＋　Ｖｌ　）／Ｖｔ　ヲ演Ｘ　Ｌ　テもよい。す
なわち第３図に示す回路によって加算器２６までは第１
図と同じであり、加算器２６がらσ）ＶＸ＋Ｖ、と電流
電圧変換器２４がも第１図のＶｔ　Ｋ代えて第３図のＶ
、とから（Ｖ１＋　Ｖｔ　）／　Ｖｔを演算、出力する
除算器２８ａと、この除算器２８ａの演算結果に定数Ｋ
を乗じてＫ・＜　ｖ、　＋　Ｖｔ　）／Ｖｔを演算する
係数器３０とを備えている。これによれは前記の（１２
）式は ｔ となり、　　（１３）式に示す求めるべき距離Ｙを得る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれは第１図と第３図とに示したように受光素
子１６の２出力電流Ｉ１、Ｉ２からそれぞれ比例する２
出力電圧Ｖ１．　Ｖ、を得る電流電圧変換器と、■＋　
＋　Ｖｌ　ヲ（ｉ（算スル’Ｍｌ　算Ｈ）−１（Ｖ１＋
ｖり／ｖ８カ（ＶＢ　＋　Ｖｔ　）／　Ｖｔを演算する
除算器と、ｘ−（ｖｔ＋Ｖｔ）／Ｖ＋かＫ・ｃ　ｖ、　
＋　ｖｔ　）／Ｖｔを演算する係数器から構成される簡
単な演算器だけで信号処理用電気回路は済むわけであり
、従来のように折線近似回路、指数関数回路等の非直線
性補正回路は不要であり、安価な測距装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示すもので、第
１図は測距装置の構成図、第２図は動作を説明する囚、
第３図は第１図の除算器２８への入力を一部入替えて示
した図、第４図は従来の測距装置ｔｃＩ′）構成図、第
５図は受光素子１６０部分の拡大図である。 ２・・・光源、４・−・照射レンズ、６・・・光ビーム
、８・・・被測定物（ワーク）、１０・・・輝点、１２
・・・反射光、１４・・・集光レンズ、１６・・・受光
素子（ＰＳＤ）、２４・・・電流電圧変換器、２６・・
・加算器、２８゜２８ａ・・・除算器、３０・・・係数
器、３６・・・演算器、３８・・・非直線補正回路。 ン＝ｍ、ｉ−だズθ 芋　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光ビームを発光する光源と、この光ビームを距離を
   測定しようとする方向の光路により照射して被測定物上
   に輝点を形成させる照射レンズと、この光ビームの光路
   と異なる方向の光路上の前記の輝点からの反射光を集光
   する集光レンズと、前記の被測定物が光ビームの光路に
   沿う方向に変位したときに生じる前記集光レンズによる
   反射光の像の軌跡に受光面を一致させこの受光面を含む
   面と前記の集光レンズを含む面が前記の光ビームの光路
   上の一点で交わるように設置され受光面上における前記
   の反射光の像の位置を二つの出力電流Ｉ＿１、Ｉ＿２と
   して位置出力を得る受光素子とを備え、前記の２出力電
   流Ｉ＿１、Ｉ＿２から演算によって計測値を得る測距装
   置において、前記の２出力電流Ｉ＿１、Ｉ＿２からそれ
   ぞれ比例する２出力電圧Ｖ＿１、Ｖ＿２を得る電流電圧
   変換器と、２出力電圧Ｖ＿１、Ｖ＿２を入力しＶ＿１＋
   Ｖ＿２を出力する加算器と、前記のＶ＿１、Ｖ＿１＋Ｖ
   ＿２から（Ｖ＿１＋Ｖ＿２）／Ｖ＿１を演算、出力する
   除算器と、この除算器の演算結果に定数Ｋを乗じてＫ・
   （Ｖ＿１＋Ｖ＿２）／Ｖ＿１を演算する係数器とを備え
   ることを特徴とする測距装置。