JPH01245111A - 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
受光素子番こ受光して得られる出方電流から計算によっ
て被測定物までの距離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３図は従来の測距装置の構成図で、この第３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装置としては、例えば特開昭５
５−４０９４２号公報に開示されているような三角測量
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３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　（ＰＳＤ　：　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ−８ｅｎ
ｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ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ば光ビーム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１
２ａ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−雑音比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、例えば光ビーム６の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１２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く測定が可能であり
、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
３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、から、差Ｉ、　−Ｉ、をとる減算器と、和Ｉｔ
　＋　Ｉｔをとる加の比の計算結果をＫｘ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（１）式を
演算する。

すなわち、第４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１６ｂとし、反射光１２の像１２ａの中心１６
ｂからの距離をＸとし、前記のＫｘを着数とすると 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電流Ｉ、　、
Ｉ、として位置出力を得て、演算によって計測謬４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Ｉ、　、Ｉ、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出力電圧ｖｌ　＋Ｖ！を入力しＶ、　＋Ｖ、を出力
する加算器と、２出力電圧Ｖ、　、Ｖ、を入力しＶ、−
Ｖ、を出力する減算器と、前記の（ｖ＋　＋Ｖｔ）　、
（■＋　　Ｖ鵞）からその比（■、＋ｖ２）／（Ｖｌ−
■、）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、＋Ｖｔ　）／　（■＋　
−Ｖｔ　）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配置番
こ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ａを、Ｋ−（Ｖ＋＋
Ｖｔ）／（Ｖ＋　　Ｖｔ）トイ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図と第２図と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３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８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ｆｆ１ｌとその距離の変位を測定
する。このとき、集光レンズ１４を含む而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区する光電系
配置になっている。なお、第１図に３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
１４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
一致して示されている。受光素子１６上の反射光１２の
像１２ａの位置によって２出力電流Ｉ、　、Ｉ、が得ら
れ、前記の２出力電流Ｉ　Ｉ　ｅＩ、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Ｖ、　、Ｖ、を入力しＶ、　＋Ｖ
、を出力する加算器２６と、２出力電圧Ｖ、　、Ｖ、を
入力しＶ、　−Ｖ、を出力する減算器２７と、前記０）
　（Ｖｔ　＋Ｖｔ　）　＃　（Ｖｓ　　Ｖｔ　）　カラ
（Ｖ１＋Ｖ２）／（Ｖｓ’Ｖ２）を演算、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。

＋Ｖｔ）／（Ｖｔ−Ｖｓ）ｆ演ｊＥ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、受
光素子１６を含む面２０のｘ　−ｙ座標での受光素子１
６の配置を示す式を（２）式、反射光１２の光路を示す
式を（３）式とすると ｙ　＝　ｍｘ　　　　　　　　　　　　　　　（２）ｙ
　＝　Ｍ（ｘ−ｘａ）　　　　　　　　　　　　（３）
ただし ｍ：受光素子１６の傾き Ｍ二叉射光１２の傾き Ｘ・：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Ｍ−０（４） １°Ｍ（５） ””−Ｍ−ｍ” 受光素子１６の中心１６ｂのＸ座標を集光レンズ１４の
Ｘ座標と同じＸ、とすると、受光素子１６の中心１６ｂ
のｙ座標は（２）式より ｙ＝ｍｘ。

よって受光素子１６の中心１６ｂから受光素子１６上の
反射光１２の像１２ａまでの距離ＸはＭ　　　　　　　
　ｍＭ Ｘ”　”　（”　Ｘ＠　−ｘａ　）”　＋　（Ｍ−ｍＸ
＠　Ｉ’ｎｘ＃）”−ｍ Ｘ＝　ｍ　ａ　ｖ’　１　＋ｍＦ　ｍ　Ｘ、　　　　　
　　　　　　（６）−ｍ ワーク８上の輝点１０のｙ座標は（３）式よりｙ＝　　
　Ｍｘｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（力いま（２）式のｙ　＝　ｍ　ｘで示した線２
０に平行番こ、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とすると線３２は
ｙ＝ｍｘ−ｍｘ＠、交点３４の座標は（Ｑ　、　−ｍｘ
・）となる。ワーク８までの距離を交点３４（０，−ｍ
ｘ・）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　）　Ｘｏｒｓ） （６）式、（８）式より Ｘ−Ｙニーｍ−Ｖ／１＋ｍへｘ０３ ここで に、　＝　−ｍ−Ｊ　１−１−ｍ”　−ｘ、”　　　　
　　　　　　　（９）と３けば、測定装置においてｍ、
Ｘ、は定数であるからに、は定数であって ｘ、ｙ＝Ｋｅ　　　　　　　　　　　　　　顛となる。

一方前記の第３図の従来例で説明したように、第３図に
示す受光素子１６の２出力電流をＩ、　、　Ｉ。

とすれば、受光素子１６上の反射光１２の像１２ａと受
光素子１６の中心１６ｂとの距離Ｘ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としく１）式をα〔式に代入しＫＹ”Ｋｏ
／ＫＹとすればＫｙは定数であって求めるべき距離Ｙは となる。

すなわち前記の（１１式によって反射光１２の像１２ａ
の受光素子１６の中心１６ｂからの距離Ｘを求める従来
の方法と、本発明によるα０式と比べると、分子１分母
は逆にはなっているが、全く同一の方法ｒ本発明のα０
式」でワーク８までの距離Ｙを求めることができる。

〔発明の効果〕

本発明ζこよれば第１図に示したように受光素子１６の
２出力電流Ｉ、　、Ｉ、からそれぞれ比例する２出力電
圧Ｖ、　、Ｖ、を得る電流電圧変換器と、Ｖ、＋Ｖ。

を演算する加算器と、Ｖ、−Ｖ、を演算する減算器と、
（Ｖｔ　＋Ｖｔ　）／（Ｖｔ　−Ｖｔ　）を演算する除
算器と、Ｋ　”　（Ｖｌ　＋　Ｖｌ　）　／　（Ｖｌ　
−Ｖｌ　）　ｆ　演Ｎ　ｔ　ル係数Ｂ　カラ構成される
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図と第２図と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図、第
３図は従来の測距装置の構成図、第４図は受光素子１６
の部分の拡大図である。 ２・・・光源、４・・・照射レンズ、６・・・光ビーム
、８・・・線測定物（ワーク）、１０・・・輝点、１２
・・・反射光、１６・・・受光素子（ＰＳＤ）、２４・
・・電流電圧変換器、２６・・・加算器、２７・・・減
算器、２８・・・除算器、３０・・係数器、３６・・・
演算器、３８・・・非直線ン±ｍχ−次χ。 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、２出力電圧Ｖ＿１、Ｖ＿２
   を入力しＶ＿１−Ｖ＿２を出力する減算器と、前記の（
   Ｖ＿１＋Ｖ＿２）、（Ｖ＿１−Ｖ＿２）からその比（Ｖ
   ＿１＋Ｖ＿２）／（Ｖ＿１−Ｖ＿２）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−Ｖ＿２）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。