JPH0212008A - 非接触変位測定装置 - 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】 く産業上の利用分野） 本発明は、光ビームを被測定物に照射し、その反射光を
用いて被測定物の距離変化等の変位を測定する非接触変
位測定装置に関する。

〈従来の技術〉 この種の非接触変位測定装置の従来例として、次のよう
なものがある。

第４図に示す従来例において、発光回路３、発光素子２
、発光レンズ系１によって被測定物Ｗに光のスポットを
形成し、その光のスポットを受光レンズ系４を用いるこ
とにより、−次元スポット位置検出用の受光素子５上に
結像させる。この受光素子５上の受光スポットは、被測
定物Ｗが図中において、Ｂ−４１）→Ｃと移動すること
によって、図中でＡ４Ｂ→Ｃと移動する。即ち、被測定
物Ｗとの距離は、受光素子５上のスポットの位置を検出
することにより明らかになる。この受光素子５は、上記
のように、−次元の光スポツト位置を検出する素子（Ｐ
ＳＤ素子）であり、出力としてＩ、、！、の２つの電流
を出力する。この２つの出力電流Ｉｔ、Ｉｔは、夫々電
流・電圧変換回路６．７を介して電圧Ｖ、、Ｖ、に変換
され、更に、この電圧Ｖ、、Ｖｔはアンプ８．９を介し
て増幅される。そして、電圧Ｖ、、Ｖ。

は夫々減算器１０及び加算器１１に入力され、（Ｖ＋　
　Ｖｔ）、（’／＋　　＋Ｖｚ）に変換される。その後
、割算器１２を用いて、（Ｖ、−ｖｚ）／（Ｖ＋→Ｖｔ
）に変換することにより、受光量に関係なく距離に対応
した比率の電圧値を得ることができる。この割算器１２
の出力電圧と距離の関係は、第７図のグラフのようにな
り、被測定物の距離ａ、ｂ、ｅは割算器１２の出力α、
β、γに対応して求められるようになる。

従って、例えばこの割算器１２の後に図示しない比較器
を設けることによって、ある設定距離より被測定物が近
くにあるか、遠くにあるかの判定を行うことができる。

第５図に示す従来例においては、変位出力を減算器１０
から出力される（Ｖ＋　　Ｖｚ）とし、この減算器１０
の出力を比較器（図示せず）に入力し、そのしきい値電
圧値を加算器１１の出力（ｖ＋＋ｖｇ）を用いて作り出
すことにより、受光量が変化しても絶えず正しい判別が
できるようにしている。また、受光量が一定になるよう
に、光出力を制御可能な発光素子２を設けてこの発光素
子２の発光パワーを制御し、減算器１０の後に設けた比
較器が常時最良の状態で働くようにしたものである。つ
まり、加算器１１の出力電圧が常に一定になるように発
光素子の発光パワーを制御するための発光パワー制御回
路１３を設け、装置全体のダイナミックレンジを拡大し
、いかなる反射物体でも安定して距離測定が行えるよう
にしている。

第６図に示す従来例においては、電流・電圧変換回路６
．７から出力される電圧信号■、。

Ｖ８を増幅するための一方のアンプ１４をもって電圧■
１信号をそのまま出力信号とするアンプとし、他方のア
ンプ１５をもって電圧■３の信号のに倍（ｋ≠１）の出
力信号とするものとし、割算器１２からの出力を（Ｖｔ
ｋｖｚ）／（ｖｔ　　＋　ｋｖｘ）に変換することによ
り、変位出力と被測定物の変位とを比例させることがで
き、特別な補正回路を設けなくとも、変位出力と被測定
物の変位との関係にリニアリティ（直線性）を持たせる
ことができるようにしたものである。

〈発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の非接触変位測定装置に
あっては、夫々次のような問題点があった。

即ち、第４図に示したものでは、割算器Ｉ２を用いてい
るが、この割算器１２は、一般に掛算用ＩＣを用いるこ
とが多い。しかし、この掛算用ＩＣは、精度安定性が悪
い、ダイナミックレンジが狭い、応答速度が遅い、リニ
アリティが悪い等の欠点を有しており、このような割算
器１２を使用することは距離測定精度に大きな制約を与
え、割算器１２で与えられる精度以上の測距情報は得ら
れないという欠点がある。

また、被測定物Ｗの変位と受光素子５の変位出力とが比
例せず、変位出力と被測定物Ｗの変位との関係にリニア
リティがないという欠点があり、特別な補正回路を設け
る必要がある。

次に、第５図に示したものでは、上述した割算器１２を
使用する際の欠点を解消できるが、変位出力と被測定物
の変位とのりニアリティは依然解決されていない。

更に、第６図に示したものでは、変位出力と被測定物の
変位とのりニアリテイの改善を図れるものの、割算器１
２を用いているので、やはり第４図の従来例と同様の問
題点がある。

そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑み、変位
出力と被測定物の変位とのりニアリティの改善のための
補正回路や種々の問題点の原因となる割算器を必要とせ
ず、リニアリティの良好な出力を簡単な回路構成で実現
した非接触変位測定装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段） このため本発明に係る非接触変位測定装置は、発光回路
から被測定物にスポット光を照射し、その反射光を結像
手段により一次元スボッ１−位置検出用の受光素子上に
結像させ、該受光素子からの出力によって被測定物の変
位若しくは距離を測定するようにした非接触変位測定装
置において、前記受光素子から出力される光電流１１，
１．が、Ｉｔ　＋ｋｌｚ　−一定（ｋ≠１）となるよう
に発光−出力を制御し、光電流Ｉ、によって変位出力を
得るように構成した。

（作用〉 かかる構成では、変位出力を光電流１＋　によって得る
ようにし、受光素子から出力される光電流１＋、Ｉｇに
基づいて変換された（１＋＋ｋ１ｇ）が常に一定になる
ように発光素子の発光パワーを制御するための発光パワ
ー制御回路を設けたことにより、割算器を廃止すること
ができると共に、変位出力と被測定物の変位とを比例さ
せることができ、特別な補正回路を設けなくとも、変位
出力と被測定物の変位との関係にリニアリティを持たせ
ることができる。

また、装置全体のダイナツクレンジを拡大でき、いかな
る反射物体でも安定して距離測定が行える。

特に、光電流１．によって変位出力を得るので、減算器
も不要となり、回路の簡略化を図れる。

（実施例〉 次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、非接触変位測定装置りは、本体ケース
１００内に発光手段、受光手段及び機能ブロックで示さ
れる回路を内蔵した構成であり、発光回路１６、発光素
子１７、発光レンズ系１８から被測定物にスポット光を
照射し、その反射光を結像手段としての受光レンズ系１
９により一次元スポット位置検出用の受光素子２０上に
結像させ、該受光素子２０からの出力によって被測定物
Ｗの変位を測定するようにした構成については、従来と
同様である。

そして、受光素子２０は出力として！、、！。

の２つの電流を出力する。この２つの出力電流■１．１
．は、それぞれ電流・電圧変換回路２１．２２を介して
電圧Ｖ、、Ｖ、に変換され、更にこの電圧Ｖ、、Ｖ□は
アンプ２３．２４を介して増幅される。一方のアンプ２
３は電圧■、信号をそのまま出力信号とするアンプとし
、他方のアンプ２４は電圧ｖ３の信号をに倍（ｋ≠１）
した信号を出力するものとする。

而して、アンプ２３．２４から出力される電圧■１°信
号と電圧ｋＶ、’は加算器２５に人力され、（Ｖ、’＋
ｋＶｚ°）に変換される。尚、ｋは被測定物の変位と変
位出力のリニアリティを改善するような適当な値とする
。

そして、前記加算器２５の出力電圧（Ｖ　＋＋　ｋ　Ｖ
　ｔ″）が常に一定になるように、発光パワー制御回路
２６によって発光素子１７の発光パワーが制御される。

アンプ２３から出力される電圧Ｖ　、　ｌ信号は、ゲイ
ン調整回路２７に入力され、該ゲイン調整回路２７から
適当な出力ゲインに合わせてアナログ信号が出力され、
変位出力を得る。

かかる構成においては、受光量に関係なく距離に対応し
た電圧値■、゛を得ることができる。この電圧値ｙ　、
　＋と距離の関係を、予め定めておけば、被測定物の距
離ａ、ｂ、ｃをこの電圧値■１″に対応比例して求める
ことができる。

尚、第２図はかかる非接触変位測定装置りの使用例の一
つとして、物体Ｗ、の表面うねりＷｌｏの測定を行う場
合を示している。また、第３図は物体Ｗ２の微小な傷Ｗ
、′を検知する場合を示している。

かかる構成によると、変位出力をＶ、ｌとし、加算器２
５の出力電圧（Ｖ＋’＋ｋＶ１’）が常に一定になるよ
うに発光素子１７の発光パワーを制御する発光パワー制
御回路２６を設けたことにより、割算器を廃止すること
ができると共に、変位出力と被測定物Ｗの変位とを比例
させることができ、特別な補正回路を設けなくとも、変
位出力と被測定物の変位との関係にリニアリティを持た
せることができる。

また、装置全体のダ・イナミンクレンジを拡大できると
ともに、いかなる反射物体でも安定して距離測定が行え
る。

特に、■１°の出力を変位出力とするので、減算器も不
要となり、回路の簡略化を図れる。

以上の効果を有する結果、非接触変位測定装置のローコ
スト化を図ることができると同時に、省スペース化によ
る小型化を図ることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の非接触変位測定装置によ
れば、種々の問題点を有する割算器や、特別な補正回路
等を使用せずに、リニアリティの優れた変位出力を出力
することができると共に、装置全体のダイナミックレン
ジを拡大でき、いかなる反射物体でも安定して距ａｍ定
が行える。更に、光電流！、の出力を変位出力とするの
で、減算器も不要となり且つ回路の簡略化を図るこがで
きる。そして、これらにより、非接触変位測定装置のロ
ーコスト化を図ることができるとともに、省スペース化
による小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非接触変位測定装置の一実施例を
示すブロック図、第２図及び第３図は夫々同上の非接触
変位測定装置の使用例を示す図、第４図〜第６図は夫々
従来の非接触変位測定装置を示すブロック図、第７図は
距離と割算器出力の関係を示すグラフである。 １６・・・・・・発光回路 １７・・・・・・発光素子 １８・・・・・・発光レンズ系 １９・・・・・・受光レンズ系 ２０・・・・・・受光素子 ２１．２２・・・・・・電流・電圧変換回路２３．２４
・・・・・・アンプ ２５・・・・・・加算器 ２６・・・・・・発光パワー制御回路 ２７・・・・・・ゲイン調整回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光回路から被測定物にスポット光を照射 し、その反射光を結像手段により一次元スポット位置検
   出用の受光素子上に結像させ、該受光素子からの出力に
   よって被測定物の変位を測定するようにした非接触変位
   測定装置において、 前記受光素子から出力される光電流Ｉ＿１、Ｉ＿２が、 Ｉ＿１＋ｋＩ＿２＝一定（ｋ≠１） となるように発光出力を制御し、光電流Ｉ＿１によって
   変位出力を得るように構成したことを特徴とする非接触
   変位測定装置。