JPH0467605B2 - - Google Patents

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JPH0467605B2
JPH0467605B2 JP21340484A JP21340484A JPH0467605B2 JP H0467605 B2 JPH0467605 B2 JP H0467605B2 JP 21340484 A JP21340484 A JP 21340484A JP 21340484 A JP21340484 A JP 21340484A JP H0467605 B2 JPH0467605 B2 JP H0467605B2
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JP21340484A
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Motoo Igari
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、三角測量方式の測距装置に関するも
のである。
〔背景技術〕
従来、この種の三角測量方式の測距装置は第8
図に示すように、発光ダイオードよりなる投光素
子12および投光用レンズ13にて構成さ、被測
定物体Mに対して光ビームを投光する投光手段1
と、被測定物体Mからの反射光を受光して集光す
る受光用レンズ20よりなる受光手段2とを所定
間隔BLをもつて配設し、集光スポツトSの位置
に対応した位置信号を出力する1次元位置センサ
(PSD)30よりなる位置検出手段3と、位置検
出手段3の出力に基いて被測定物体Mまでの距離
を演算する演算手段(図示せず)とで構成されて
いる。ここに、1次元位置センサ30は第9図に
示すように、pin構造のフオトダイオードに属す
る両端に出力電極O1,O2を形成した光起電力素
子であり、表面に光スポツトS′が照射されると、
高抵抗のP層が光の入射位置と両出力電極O1
O2までの距離に逆比例して分割され、各出力電
極O1,O2から光スポツトS′の位置に応じた出力
電流I1,I2が出力されるようになつている。この
場合、1次元位置センサ30の長さをL、光スポ
ツトS′の一端部からの距離をXiとすれば、距離
Xiと出力電流I1,I2の関係は、 1/Xi=(1+I1/I2)/L ……(1) となる。なお、第10図は等価回路図であり、出
力電極O1,O2に接続される負荷ZLには、P層の
分割抵抗Z1,Z2を介して電流源Iより電流I1,I2
が流れるようになつている。
また、(1)式はL:Xi=(Z1+Z2):Z1から導出
される。
いま、投光手段1からはスポツト径Aに絞り込
まれた光ビームが投光されており、この光ビーム
の被測定物体Mによる反射光(拡散光)は受光手
段2によつて位置検出手段3上に集光され、この
集光スポツトSの位置検出センサ30上の位置
(距離X)に対応する出力電流I1,I2が位置検出
手段3から出力される。演算手段では位置検出手
段3から出力される集光スポツトSの位置情報に
基いて被測定物体Mまでの距離Rが演算される。
ここに、受光用レンズ20の焦点距離をF、受光
用レンズ20の光軸から集光スポツトSの中心位
置までの距離をXとすれば、 X=BL・F/R ……(2) となり、被測定物体Mまでの距離Rと、集光スポ
ツトSの中心位置Xとは逆比例関係になつてい
る。ところで、このような測距装置にあつては、
被測定物体Mの反射率あるいは投光手段1から投
光される光ビームのレベルによる測距誤差が防止
されるようになつているものの、集光スポツトS
がビーム径Aを持つていることによる測距誤差を
生じるという問題があつた。すなわち、光ビーム
径Aがある程度の大きさを持つている場合におい
て、位置検出手段3上に集光された集光スポツト
Sもある径A′(所定の倍率で縮小されている)を
持つて分布している。ここに、被測定物体M表面
の反射率が一様であれば、集光スポツトSの光強
度分布は第11図aに示すように投光された光ビ
ームと同様の分布を示し、輝度重心Wが集光スポ
ツトSの中心位置Xに一致するので、輝度重心W
に基いた信号であるところの位置検出センサ30
からの出力電流I1,I2は被測定物体Mまでの距離
Rに正確に対応した距離信号となり、測距誤差は
殆ど発生しない。しかしながら、被測定物体Mに
反射むらがあると、集光スポツトSの光強度分布
は例えば第11図bに示すようにピーク値が一方
にずれたものとなり、輝度重心Wが集光スポツト
Sの中心位置XからΔXだけずれることになる。
したがつて、位置検出手段3の出力電流I1,I2
被測定物体Mまでの距離Rに対応しなくなり、測
距誤差が生じることになる。この場合測距誤差
ΔXの最大値ΔXmaxは ΔXmax=A・F/2R ……(3) となり、誤差率は 誤差率=ΔXmax/X=A/2BL ……(4) となる。
そこで、このような問題を解決するには光ビー
ム径Aを小さくするか、投光手段1と受光手段2
との間の間隔(基線長)BLを大きくすれば良い
ことになるが、前者にあつては光学系が複雑にな
るとともに、光損失が大きくなるという不都合が
あり、後者にあつては光学系が大きくなつてしま
うという不都合があつた。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであ
り、その目的とするところは、光ビーム径がある
程度大きくても測距誤差を少なくすることがで
き、しかも、構造が簡単で小型の測距装置を提す
ることにある。
〔発明の開示〕
実施例 1 第1図乃至第4図は本発明一実施例を示すもの
であり、従来例と同様の測距装置において、2個
の位置検出手段3a,3bを等位な受光位置に配
設するとともに、各位置検出手段3a,3bに集
光スポツトSa,Sbの移動方向に多数のスリツト
5が列設されたスリツト板6a,6bをスリツト
5が互いに等位な受光位置にならないように覆着
し、演算手段4にて両位置検出手段3a,3b出
力を平均化した位置データに基いて被測定物体M
までの距離Rを演算するようにしたものであり、
ハーフミラー7は受光用レンズにより集光された
光を分波して位置検出手段3a,3b上にそれぞ
れ集光させるビームスプリツタである。また、ス
リツト板6a,6bの各スリツト5のスリツト幅
はスリツトピツチPの1/2となつており、各ス
リツト板6a,6bはスリツト5がP/2ずれる
ようにして位置検出手段3a,3bを形成する位
置検出センサ30の受光面30aに覆着すること
により、等位な受光位置にならないようにしてあ
る。さらに、演算手段4は第4図に示すように、
各位置検出手段3a,3bの各出力電流I1,I2
電圧信号Va1,Va2,Vb1,Vb2に変換するとと
もにバンドパスフイルタを具備した受光回路40
a1,40a2,40b1,40b2と、減算回路42、
加算回路43および除算回路44にて形成される
2個の演算処理回路41a,41bと、両演算処
理回路41a,41b出力(Va1−Va2)/
(Va1+Va2)、(Vb1−Vb2)/(Vb1+Vb2)を
平均化する平均化回路45と、平均化回路45出
力を信号処理して得られる距離データを出力回路
47を介して出力する信号処理回路46とで構成
されている。さらにまた、投光手段1の投光素子
12は発振回路10出力にてドライブ回路11を
介して一定周期で点滅駆動されており、信処理回
路46ではこの発振回路10出力に同期して信号
処理を行うことによつて外乱光による誤動作を防
止するようになつている。
以下、実施例の動作について説明する。いま、
被測定物体Mの反射率が一様でなく、第5図a,
bに示すように、光ビームの輝度重心Wが一方に
ずれた集光スポツトSa,Sbが各位置検出手段3
a,3b上に集光されている場合において、各位
置検出手段3a,3bの受光面には各スリツト板
6a,6bのスリツト5を通して光が照射される
ことになるので、集光スポツトSa,Sbのスリツ
ト5にて分割された半部の輝度重心Wa,Wbに
基いた出力電流I1,I2が位置検出手段3a,3b
からそれぞれ出力されることになる。すなわち、
集光スポツトSa,Sbの中心位置は、各位置検出
手段3a,3bにて、あたかもXa,Xbであるか
のように検出される。この位置検出信号たる出力
電流Ia1,Ia2,Ib1,Ib2は演算処理部41a,4
1bにて演算され、平均化回路45にて平均化さ
れて信号処理回路46に送られ、この平均化回路
45出力に基いて得られる測距データが出力回路
47を介して出力される。この場合、測距データ
は集光スポツトSa,Sbの位置検出手段3a,3
bにて検出された中心位置Xa,Xbの平均値Xc
に対応したものであり、この平均値Xcと集光ス
ポツトSa,Sbの中心位置XとのずれΔX′は従来
例における△Xに比べて大幅に小さくなる。した
がつて、投光手段1から投光される光ビームのビ
ーム径Aがある程度大きく、被測定物体Mによる
反射むらがあつても測距誤差を少なくできること
になる。
実施例 2 第6図は他の実施例を示すもので、3個の位置
検出手段3a,3b,3cを等位な受光位置に配
設し、各位置検出手段3a,3b,3cにスリツ
ト幅がピツチPの3分の1が列設されたスリツト
板6a,6b,6cを被着することにより、測距
誤差をより少なくするようにしたものであり、各
スリツト板6a,6b,6cは、スリツト5が
P/3づつずらせて位置検出手段に覆着され、各
スリツト板6a,6b,6cのスリツト5が互い
に等位な受光位置にならないようにしている。な
お、N個の位置検出手段を設ける場合にはスリツ
ト5の幅はP/Nとなり、各位置検出手段に対応
して演算処理回路が設けられることは言うまでも
ない。
実施例 3 第7図は第2の発明の実施例を示すもので、位
置検出手段3に覆着されるスリツト板6をスリツ
ト5の列設方向(矢印方向)に振動させる振動手
段(図示せず)を設け、演算手段4にて位置検出
手段3出力の積分値に基いて被測定物体Mまでの
距離を演算するようにしたものであり、振動手段
によるスリツト板6の振動振幅はP/2となつて
いる。なお、この場合における演算手段4は、第
4図回路における一方の演算処理回路41aの除
算回路44出力を積分する積分回路を設け、この
積分回路出力を信号処理回路46にて信号処理
し、出力回路47を介して測距データを出力する
ようにしたものとなる。
いま、実施例3にあつては、第7図bに示すよ
うに、駆動回路48によつてスリツト板6をP/
2の振幅(a〜b)で振動させ、位置検出手段3
から出力される検出信号を受光回路40a1,40
a2および演算処理回路41aにて実施例1と同様
に信号処理し、除算回路44から出力される信号
を積分回路45aにて積分処理して実施例1の平
均化回路45から出力される信号と同等の信号を
得るようにしている。すなわち、スリツト板6が
aに位置するときの除算回路44出力をVaとし、
スリツト板6がbに位置するときの除算回路44
出力をVbとすれば、積分回路44出力Vとして
(Va+Vb)/2に相当する信号が得られること
になる。したがつて、積分回路44出力として平
均化された測距誤差の少ない測距信号が得られ、
しかも、本実施例では、1個の位置検出手段3を
用いているだけであるので、実施例1に比べて構
成が簡単になつて小型化でき、コストを安くする
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明は上述のように構成されており、第1発
明は、複数の位置検出手段を等位な受光位置に配
設するとともに、各位置検出手段に集光スポツト
の移動方向に多数のスリツトが列設されたスリツ
ト板をスリツトが互いに等位な受光位置にならな
いように覆着し、演算手段にて全位置検出手段出
力を平均化した位置データに基いて被測定物体ま
での距離を演算するようにしたものであるので、
光ビーム径がある程度大きく、被測定物体による
反射むらがあつても測距誤差を少なくすることが
でき、しかも、投光手段の光学系の構造が簡単に
なるとともに、小型化ができるという効果があ
る。また、第2発明は、集光スポツトの移動方向
に多数のスリツトが列設されたスリツト板を位置
検出手段に覆着し、上記スリツト板の遮光部幅と
スリツト幅とを等しくするとともに、スリツトピ
ツチを集光スポツト径と略等しくし、上記スリツ
ト板をスリツトの列設方向にスリツトピツチの
1/2の振動振幅で振動させる振動手段を設け、
演算手段にて位置検出手段出力の積分値に基いて
被測定物体までの距離を演算するようにしたもの
であり、上記第1発明と同様の効果を有するもの
を1個の位置検出手段にて形成できるので、構成
がより簡単になるとともにより小型化でき、コス
トも安くできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の概略構成図、第2図
は同上の要部分解斜視図、第3図a,bは同上の
要部平面図、第4図は同上の回路図、第5図は同
上の動作説明図、第6図は他の実施例の要部平面
図、第7図aはさらに他の実施例の構成図、第7
図bは同上の要部ブロツク図、第8図は従来例の
概略構成図、第9図乃至第11図は同上の動作説
明図である。 1は投光手段、2は受光手段、3,3a,3
b,3cは位置検出手段、4は演算手段、5はス
リツト、6,6a,6b,6cはスリツト板であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被測定物体に対して光ビームを投光する投光
    手段と、被測定物体からの反射光を受光して集光
    する受光手段とを所定間隔をもつて配設し、集光
    スポツトの位置に対応した位置信号を出力する1
    次元位置センサよりなる位置検出手段と、位置検
    出手段出力に基いて被測定物体までの距離を演算
    する演算手段とよりなる測距装置において、複数
    の位置検出手段を等位な受光位置に配設するとと
    もに、各位置検出手段に集光スポツトの移動方向
    に多数のスリツトが列設されたスリツト板をスリ
    ツトが互いに等位な受光位置にならないように覆
    着し、演算手段にて全位置検出手段出力を平均化
    した位置データに基いて被測定物体までの距離を
    演算するようにしたことを特徴とする測距装置。 2 被測定物体に対して光ビームを投光する投光
    手段と、被測定物体からの反射光を受光して集光
    する受光手段とを所定間隔をもつて配設し、集光
    スポツトの位置に対応した位置信号を出力する1
    次元位置センサよりなる位置検出手段と、位置検
    出手段出力に基いて被測定物体までの距離を演算
    する演算手段とよりなる測距装置において、集光
    スポツトの移動方向に多数のスリツトが列設され
    たスリツト板を位置検出手段に覆着し、上記スリ
    ツト板の遮光部幅とスリツト幅とを等しくすると
    ともに、スリツトピツチを集光スポツト径と略等
    しくし、上記スリツト板をスリツトの列設方向に
    スリツトピツチの1/2の振動振幅で振動させる
    振動手段を設け、演算手段にて位置検出手段出力
    の積分値に基いて被測定物体までの距離を演算す
    るようにしたことを特徴とする測距装置。
JP21340484A 1984-10-12 1984-10-12 測距装置 Granted JPS6191513A (ja)

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JP4476682B2 (ja) * 2003-05-16 2010-06-09 株式会社ミツトヨ 光電式エンコーダ
JP4954598B2 (ja) * 2006-04-24 2012-06-20 三菱アルミニウム株式会社 合成樹脂製包装容器

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