JPH0642957A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH0642957A JPH0642957A JP20088192A JP20088192A JPH0642957A JP H0642957 A JPH0642957 A JP H0642957A JP 20088192 A JP20088192 A JP 20088192A JP 20088192 A JP20088192 A JP 20088192A JP H0642957 A JPH0642957 A JP H0642957A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】分解能に影響を与えずに出力値の変化範囲を変
更することができる光学式変位測定装置を提供する。 【構成】発光素子１１は物体の表面に投光スポットを形
成し、位置検出素子１４は受光スポットの位置に対応し
て出力レベルの比率が決まる一対の位置信号Ｉ1，Ｉ2
を出力する。加算器２６は位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の和とし
て受光光量を求め、誤差増幅器２９は受光光量と所定の
基準値との差を求める。この差に基づいて発光素子１１
の発光光量をフィードバック制御する。一方、減算器２
５は位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の差を求め、この差を変位に比
例する値としてＤＣ演算部２７を通して出力する。基準
値は、基準値発生部２８ａ，２８ｂから発生し、基準値
切換部３１により２段階に切換可能となっている。
更することができる光学式変位測定装置を提供する。 【構成】発光素子１１は物体の表面に投光スポットを形
成し、位置検出素子１４は受光スポットの位置に対応し
て出力レベルの比率が決まる一対の位置信号Ｉ1，Ｉ2
を出力する。加算器２６は位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の和とし
て受光光量を求め、誤差増幅器２９は受光光量と所定の
基準値との差を求める。この差に基づいて発光素子１１
の発光光量をフィードバック制御する。一方、減算器２
５は位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の差を求め、この差を変位に比
例する値としてＤＣ演算部２７を通して出力する。基準
値は、基準値発生部２８ａ，２８ｂから発生し、基準値
切換部３１により２段階に切換可能となっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体までの距離を三角
測量法を用いて非接触で計測する光学式変位測定装置に
関するものである。
測量法を用いて非接触で計測する光学式変位測定装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＦＡ（ファクトリーオートメ
ーション）等の分野においてロボットの視覚センサなど
に用いるために、三角測量法に基づいて光学的に距離を
測定する変位測定装置が提供されている。この種の変位
測定装置は、光学的に距離を測定するから物体までの距
離を非接触で測定できるという利点がある。また、図９
に示すように、物体までの距離に関する情報を検出する
センサヘッド１０と、センサヘッド１０で求めた情報に
基づいて物体までの距離を演算したり物体までの距離に
応じた各種判定を行うためのコントローラ２０とは別体
に設けられて接続線を介して接続されている。このよう
にセンサヘッド１０とコントローラ２０とを分離した構
成とすれば、センサヘッド１０が小型化され、ロボット
等に組み込み易くなる。
ーション）等の分野においてロボットの視覚センサなど
に用いるために、三角測量法に基づいて光学的に距離を
測定する変位測定装置が提供されている。この種の変位
測定装置は、光学的に距離を測定するから物体までの距
離を非接触で測定できるという利点がある。また、図９
に示すように、物体までの距離に関する情報を検出する
センサヘッド１０と、センサヘッド１０で求めた情報に
基づいて物体までの距離を演算したり物体までの距離に
応じた各種判定を行うためのコントローラ２０とは別体
に設けられて接続線を介して接続されている。このよう
にセンサヘッド１０とコントローラ２０とを分離した構
成とすれば、センサヘッド１０が小型化され、ロボット
等に組み込み易くなる。
【０００３】センサヘッド１０は、物体に光ビームを照
射して点状の光パターンである投光スポットを物体の表
面に形成する投光手段１と、投光手段１から照射された
光ビームの物体の表面での反射光を検出する受光手段２
とを備える。受光手段２では、入射光を受光光学系１３
（図１１参照）に通して収束させることによって、ＰＳ
Ｄよりなる位置検出素子１４の受光面に投光スポットの
像としての受光スポットを形成し、受光スポットの位置
に対応した一対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 を出力する。すな
わち、位置検出素子１４は、受光スポットの位置に応じ
て大きさの比率が決まる電流信号である一対の位置信号
Ｉ1 ，Ｉ2 を発生するのであって、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ
2 の関係に基づいて受光スポットの位置を検出すれば、
物体までの距離を三角測量法に基づいて求めることがで
きるのである。また、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の合計は、
位置検出素子１４で検出している受光光量に対応する。
射して点状の光パターンである投光スポットを物体の表
面に形成する投光手段１と、投光手段１から照射された
光ビームの物体の表面での反射光を検出する受光手段２
とを備える。受光手段２では、入射光を受光光学系１３
（図１１参照）に通して収束させることによって、ＰＳ
Ｄよりなる位置検出素子１４の受光面に投光スポットの
像としての受光スポットを形成し、受光スポットの位置
に対応した一対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 を出力する。すな
わち、位置検出素子１４は、受光スポットの位置に応じ
て大きさの比率が決まる電流信号である一対の位置信号
Ｉ1 ，Ｉ2 を発生するのであって、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ
2 の関係に基づいて受光スポットの位置を検出すれば、
物体までの距離を三角測量法に基づいて求めることがで
きるのである。また、両位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の合計は、
位置検出素子１４で検出している受光光量に対応する。
【０００４】さらに具体的に説明する。投光手段１は、
レーザダイオードよりなる発光素子１１を備え光ビーム
を形成する。また、発光素子１１には、コントローラ２
０に設けた原発振器２１から発生するクロック信号をパ
ルス変調（パルス振幅変調）する変調器２２の出力がレ
ーザダイオード駆動回路１２を通して入力される。変調
器２２は、後述する積分器２３から出力される直流信号
の信号レベルに対応して発光素子１１への供給エネルギ
が変化するように変調器２２の出力の振幅を変化させ
る。このようにして、発光素子１１はクロック信号に同
期して光を間欠的に出力する。
レーザダイオードよりなる発光素子１１を備え光ビーム
を形成する。また、発光素子１１には、コントローラ２
０に設けた原発振器２１から発生するクロック信号をパ
ルス変調（パルス振幅変調）する変調器２２の出力がレ
ーザダイオード駆動回路１２を通して入力される。変調
器２２は、後述する積分器２３から出力される直流信号
の信号レベルに対応して発光素子１１への供給エネルギ
が変化するように変調器２２の出力の振幅を変化させ
る。このようにして、発光素子１１はクロック信号に同
期して光を間欠的に出力する。
【０００５】一方、位置検出素子１４から出力される一
対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は、それぞれ増幅器１５ａ，１
５ｂに入力され、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 が電流信号から電
圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変換されるとともに増幅された後に
コントローラ２０に出力される。コントローラ２０は、
位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 に対応した電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 が入
力される信号処理部２４ａ，２４ｂを備えている。信号
処理部２４ａ，２４ｂでは、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 を増幅
した後に所定周波数以下の雑音成分を除去し、さらに原
発振器２１からのクロック信号に同期して電圧信号
Ｖ1 ，Ｖ2 を検波する。信号処理部２４ａ，２４ｂでの
電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 の増幅率は外部から調節可能になっ
ている。
対の位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は、それぞれ増幅器１５ａ，１
５ｂに入力され、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 が電流信号から電
圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変換されるとともに増幅された後に
コントローラ２０に出力される。コントローラ２０は、
位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 に対応した電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 が入
力される信号処理部２４ａ，２４ｂを備えている。信号
処理部２４ａ，２４ｂでは、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 を増幅
した後に所定周波数以下の雑音成分を除去し、さらに原
発振器２１からのクロック信号に同期して電圧信号
Ｖ1 ，Ｖ2 を検波する。信号処理部２４ａ，２４ｂでの
電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2 の増幅率は外部から調節可能になっ
ている。
【０００６】信号処理部２４ａ，２４ｂからの出力信号
Ｖ11，Ｖ12は、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2に比例し、両出力は
減算手段である減算器２５により減算されて減算値（Ｖ
11−Ｖ12）が求められるとともに、加算器２６により加
算されて加算値（Ｖ11＋Ｖ12）が求められる。減算器２
５の出力は、所定周波数以上の成分を除去するととも
に、後述する傾き（比例定数）、測定距離のオフセット
値を外部から設定し、またリニアリティを補正して測定
値を補正するＤＣ演算部２７を通して変位出力として出
力される。具体的には、傾きの調節には入力レベルに対
する減衰率を調節し、オフセット値の調節には入力レベ
ルに加算するレベルを調節する。また、ＤＣ演算部２７
は、位置検出素子１４で受光した光量が不足したり過剰
になると、その時点での測定値を保持するサンプル・ホ
ールドの機能も有している。
Ｖ11，Ｖ12は、電圧信号Ｖ1 ，Ｖ2に比例し、両出力は
減算手段である減算器２５により減算されて減算値（Ｖ
11−Ｖ12）が求められるとともに、加算器２６により加
算されて加算値（Ｖ11＋Ｖ12）が求められる。減算器２
５の出力は、所定周波数以上の成分を除去するととも
に、後述する傾き（比例定数）、測定距離のオフセット
値を外部から設定し、またリニアリティを補正して測定
値を補正するＤＣ演算部２７を通して変位出力として出
力される。具体的には、傾きの調節には入力レベルに対
する減衰率を調節し、オフセット値の調節には入力レベ
ルに加算するレベルを調節する。また、ＤＣ演算部２７
は、位置検出素子１４で受光した光量が不足したり過剰
になると、その時点での測定値を保持するサンプル・ホ
ールドの機能も有している。
【０００７】一方、加算器２６の出力は誤差増幅器２８
に入力され、基準値発生部２９より出力される基準値と
の差が求められる。加算器２６からの出力値は基準値か
ら減算され、その差が積分器２３で平均化され、変調器
２２に入力されるのである。したがって、発光素子１１
からの光出力は、位置検出素子１４での受光光量に対応
してフィードバック制御される。フィードバック系が安
定に動作しているときには、加算器２６の出力が基準値
発生部２９で設定した基準値に一致するように発光素子
１１の発光光量が調節され、位置検出素子１４の受光光
量は略一定量に保たれる。したがって、加算器２６から
出力される加算値（Ｖ11＋Ｖ12）は、回路のダイナミッ
クレンジや応答性能を無視した理想系では一定であっ
て、減算器２５から出力される減算値（Ｖ11−Ｖ12）
は、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ11＋Ｖ12）に比例することに
なる。このように、加算器２６、基準値発生部２８、誤
差増幅器２９、積分器２３、変調器２２によって、受光
光量を一定に保つようにフィードバック制御を行う光量
制御手段が構成される。
に入力され、基準値発生部２９より出力される基準値と
の差が求められる。加算器２６からの出力値は基準値か
ら減算され、その差が積分器２３で平均化され、変調器
２２に入力されるのである。したがって、発光素子１１
からの光出力は、位置検出素子１４での受光光量に対応
してフィードバック制御される。フィードバック系が安
定に動作しているときには、加算器２６の出力が基準値
発生部２９で設定した基準値に一致するように発光素子
１１の発光光量が調節され、位置検出素子１４の受光光
量は略一定量に保たれる。したがって、加算器２６から
出力される加算値（Ｖ11＋Ｖ12）は、回路のダイナミッ
クレンジや応答性能を無視した理想系では一定であっ
て、減算器２５から出力される減算値（Ｖ11−Ｖ12）
は、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ11＋Ｖ12）に比例することに
なる。このように、加算器２６、基準値発生部２８、誤
差増幅器２９、積分器２３、変調器２２によって、受光
光量を一定に保つようにフィードバック制御を行う光量
制御手段が構成される。
【０００８】次に、上記構成における距離測定の原理を
説明する。図１１に示すように、受光スポットが位置検
出素子１４の受光面の中央に形成されているときの投光
手段１の光軸方向における受光光学系１３の中心から物
体３までの距離をｒとし、物体３までの距離がΔｒだけ
大きくなったとする。このとき、受光スポットの位置は
図１１の左方にΔｘだけ移動する。位置検出素子１４の
受光面の有効長を２Ｌとすれば、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は
次の関係になる。
説明する。図１１に示すように、受光スポットが位置検
出素子１４の受光面の中央に形成されているときの投光
手段１の光軸方向における受光光学系１３の中心から物
体３までの距離をｒとし、物体３までの距離がΔｒだけ
大きくなったとする。このとき、受光スポットの位置は
図１１の左方にΔｘだけ移動する。位置検出素子１４の
受光面の有効長を２Ｌとすれば、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 は
次の関係になる。
【０００９】 Ｉ1 ／Ｉ2 ＝（Ｌ−Δｘ）／（Ｌ＋Δｘ） … 式を変形すると、次式が得られる。 （Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）＝Δｘ／Ｌ … 位置検出素子１４の受光面の有効長２Ｌは一定であるか
ら、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2に対応した増幅器１５ａ，１５
ｂの出力に基づいて、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）
に相当する値を求めれば、受光スポットの位置を知るこ
とができるのである。すなわち、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ
11＋Ｖ12）を求めれば、位置検出素子１４での受光スポ
ットの変位Δｘを求めることができる。すなわち、上述
したように、減算器２５の出力は（Ｖ11−Ｖ12）である
が、フィードバック制御によって（Ｖ11＋Ｖ12）が一定
値に保たれているから、減算器２５の出力に除算を施さ
なくても減算器２５からは式の左辺に比例した出力が
得られていることになる。したがって、ＤＣ演算部２７
において減算器２５の出力に対する比例定数（傾き）を
設定すれば、受光スポットの変位Δｘを求めることがで
きる。
ら、位置信号Ｉ1 ，Ｉ2に対応した増幅器１５ａ，１５
ｂの出力に基づいて、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）
に相当する値を求めれば、受光スポットの位置を知るこ
とができるのである。すなわち、（Ｖ11−Ｖ12）／（Ｖ
11＋Ｖ12）を求めれば、位置検出素子１４での受光スポ
ットの変位Δｘを求めることができる。すなわち、上述
したように、減算器２５の出力は（Ｖ11−Ｖ12）である
が、フィードバック制御によって（Ｖ11＋Ｖ12）が一定
値に保たれているから、減算器２５の出力に除算を施さ
なくても減算器２５からは式の左辺に比例した出力が
得られていることになる。したがって、ＤＣ演算部２７
において減算器２５の出力に対する比例定数（傾き）を
設定すれば、受光スポットの変位Δｘを求めることがで
きる。
【００１０】また、受光光学系１３の中心と位置検出素
子１４との距離をｆ、投光手段１の光軸上で距離ｒの位
置の点と位置検出素子１４の中心とを結ぶ直線が投光手
段１の光軸となす角度をθとすれば、次の関係が得られ
る。 （ｒ／cos θ＋Δｒ／cos θ) ：ｆ／cos θ＝（Δｒ／sin θ）：Δｘ ∴ Δｒ＝ｒ・Δｘ／｛（ｆ／sin θ）−Δｘ｝ ＝ｂ・Δｘ／（ａ−Δｘ） … ただし、ａ＝ｆ／sin θ、ｂ＝ｒである。すなわち、
式によれば、Δｘを求めれば変位した距離Δｒを求める
ことができるのであって、式と式とに基づいて変位
した距離Δｒを求めることができることがわかる。ただ
し、ＤＣ演算部２７では、式に対応する演算を行って
変位Δｘを求め、式による距離Δｒの演算はＤＣ演算
部２７よりも後段で演算される。
子１４との距離をｆ、投光手段１の光軸上で距離ｒの位
置の点と位置検出素子１４の中心とを結ぶ直線が投光手
段１の光軸となす角度をθとすれば、次の関係が得られ
る。 （ｒ／cos θ＋Δｒ／cos θ) ：ｆ／cos θ＝（Δｒ／sin θ）：Δｘ ∴ Δｒ＝ｒ・Δｘ／｛（ｆ／sin θ）−Δｘ｝ ＝ｂ・Δｘ／（ａ−Δｘ） … ただし、ａ＝ｆ／sin θ、ｂ＝ｒである。すなわち、
式によれば、Δｘを求めれば変位した距離Δｒを求める
ことができるのであって、式と式とに基づいて変位
した距離Δｒを求めることができることがわかる。ただ
し、ＤＣ演算部２７では、式に対応する演算を行って
変位Δｘを求め、式による距離Δｒの演算はＤＣ演算
部２７よりも後段で演算される。
【００１１】図９に示した従来構成のコントローラ２０
についてさらに詳しく説明する。上述したように、信号
処理部２４ａ，２４ｂでの増幅度は調節可能であって、
図１０に示すように、積分器２３の出力に基づいて増幅
度を調節するゲイン切換部３０によって増幅度が制御さ
れる。ゲイン切換部３０では、スイッチＳＷが操作され
ることによっても増幅度を切り換えることができる。こ
こに、スイッチＳＷは、高増幅度、低増幅度、自動調節
の３つの状態が選択可能であって、高増幅度および低増
幅度が選択されると信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅度
が高低２段階で固定的に設定され、自動調節が選択され
ると積分器２３の出力レベルに応じて信号処理部２４
ａ，２４ｂの増幅度が自動的かつ段階的に切り換えられ
る。すなわち、自動調節の際には、積分器２３の出力が
大きくなって発光素子１１の発光光量が最大光量に近く
なると信号処理部２４ａ，２４ｂでの増幅度を大きくし
て発光素子１１の発光光量を減少させるように調節す
る。逆に積分器２３の出力が小さくなって発光素子１１
の発光光量が最小光量に近くなると信号処理部２４ａ，
２４ｂでの増幅度を小さくして発光素子１１の発光光量
を増加させるように調節する。
についてさらに詳しく説明する。上述したように、信号
処理部２４ａ，２４ｂでの増幅度は調節可能であって、
図１０に示すように、積分器２３の出力に基づいて増幅
度を調節するゲイン切換部３０によって増幅度が制御さ
れる。ゲイン切換部３０では、スイッチＳＷが操作され
ることによっても増幅度を切り換えることができる。こ
こに、スイッチＳＷは、高増幅度、低増幅度、自動調節
の３つの状態が選択可能であって、高増幅度および低増
幅度が選択されると信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅度
が高低２段階で固定的に設定され、自動調節が選択され
ると積分器２３の出力レベルに応じて信号処理部２４
ａ，２４ｂの増幅度が自動的かつ段階的に切り換えられ
る。すなわち、自動調節の際には、積分器２３の出力が
大きくなって発光素子１１の発光光量が最大光量に近く
なると信号処理部２４ａ，２４ｂでの増幅度を大きくし
て発光素子１１の発光光量を減少させるように調節す
る。逆に積分器２３の出力が小さくなって発光素子１１
の発光光量が最小光量に近くなると信号処理部２４ａ，
２４ｂでの増幅度を小さくして発光素子１１の発光光量
を増加させるように調節する。
【００１２】このようなゲイン切換部３０を設ければ、
物体の反射率が高い場合のように発光素子１１の発光光
量が小さくなって位相遅れが大きくなり補償量が足りな
くなった場合でも系の不安定による発振などを防止で
き、また物体の反射率が低い場合のように発光素子１１
の発光光量が大きくなって帰還量が小さくなった場合で
もフィードバック誤差が大きくなるのを防止できるので
ある。すなわち、系のダイナミックレンジを大きくとる
ことができ、反射率の異なる各種の物体について距離を
精度よく測定できるのである。
物体の反射率が高い場合のように発光素子１１の発光光
量が小さくなって位相遅れが大きくなり補償量が足りな
くなった場合でも系の不安定による発振などを防止で
き、また物体の反射率が低い場合のように発光素子１１
の発光光量が大きくなって帰還量が小さくなった場合で
もフィードバック誤差が大きくなるのを防止できるので
ある。すなわち、系のダイナミックレンジを大きくとる
ことができ、反射率の異なる各種の物体について距離を
精度よく測定できるのである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＤＣ演算部
２７からの出力値の変化範囲を変更する必要が生じるこ
とがある。たとえば、標準の出力値の変化範囲が±５Ｖ
であるのに対して±１Ｖに変更する必要が生じることが
ある。この場合、ＤＣ演算部２７の内部で比例定数（傾
き）を変更することで出力値の変化範囲を変更すること
ができるが、傾きを変更した場合には、距離の測定範囲
は変更されずに出力値の変化範囲が変更されるから、単
位距離当たりの出力値の変化量が変化することになり、
距離の測定範囲が変化していないにもかかわらず分解能
が変化するという不都合が生じることになる。
２７からの出力値の変化範囲を変更する必要が生じるこ
とがある。たとえば、標準の出力値の変化範囲が±５Ｖ
であるのに対して±１Ｖに変更する必要が生じることが
ある。この場合、ＤＣ演算部２７の内部で比例定数（傾
き）を変更することで出力値の変化範囲を変更すること
ができるが、傾きを変更した場合には、距離の測定範囲
は変更されずに出力値の変化範囲が変更されるから、単
位距離当たりの出力値の変化量が変化することになり、
距離の測定範囲が変化していないにもかかわらず分解能
が変化するという不都合が生じることになる。
【００１４】また、上述したように、ゲイン切換部３０
を設ければダイナミックレンジは拡大するが、信号処理
部２４ａ，２４ｂの増幅度が変化すると、変位出力を求
めるための傾きやオフセット値やリニアリティに変化が
生じるという問題がある。このような問題が生じるの
は、増幅器１５ａ，１５ｂから出力される電圧信号
Ｖ1，Ｖ2 に変調器２２から出力された信号がクロスト
ークによって重畳され、クロストークのレベルが変調器
２２の出力レベル（すなわち、信号処理部２４ａ，２４
ｂの増幅度）に応じて変化するからである。とくに、発
光素子１１の発光光量が小さくなると（位置検出素子１
４の出力レベルが小さくなると）、外乱ノイズやクロス
トークの影響が強くなり、加算器２６の出力値が不安定
になってリニアリティが悪化するという問題が生じる。
を設ければダイナミックレンジは拡大するが、信号処理
部２４ａ，２４ｂの増幅度が変化すると、変位出力を求
めるための傾きやオフセット値やリニアリティに変化が
生じるという問題がある。このような問題が生じるの
は、増幅器１５ａ，１５ｂから出力される電圧信号
Ｖ1，Ｖ2 に変調器２２から出力された信号がクロスト
ークによって重畳され、クロストークのレベルが変調器
２２の出力レベル（すなわち、信号処理部２４ａ，２４
ｂの増幅度）に応じて変化するからである。とくに、発
光素子１１の発光光量が小さくなると（位置検出素子１
４の出力レベルが小さくなると）、外乱ノイズやクロス
トークの影響が強くなり、加算器２６の出力値が不安定
になってリニアリティが悪化するという問題が生じる。
【００１５】すなわち、減算部２５の出力は、フィード
バックゲインをαとするとき、α・（Ｖ11−Ｖ12）にな
り、加算器２６の出力であるα・（Ｖ11＋Ｖ12）は安定
状態では一定値に保たれるから、α・（Ｖ11＋Ｖ12）＝
Ｖｃとおけば、減算部２５の出力は、Ｖｃ・（Ｖ11−Ｖ
12）／（Ｖ11＋Ｖ12）になる。ここで、クロストークに
よる各信号Ｖ11，Ｖ12に対する非線形的な影響をそれぞ
れΔＶ11，ΔＶ12とすれば、減算部２５の出力は、Ｖｃ
・｛（Ｖ11＋ΔＶ11）−（Ｖ12＋ΔＶ12）｝／｛（Ｖ11
＋ΔＶ11）＋（Ｖ12＋ΔＶ12）｝となる。ここで、ΔＶ
11，ΔＶ12は、物体の反射率Ｒｅと物体までの距離ｒと
の関数であるから、ΔＶ11＝ｆ1 （Ｒｅ，ｒ），ΔＶ12
＝ｆ2 （Ｒｅ，ｒ）と考えることができる。一方、信号
処理部２４ａ，２４ｂの増幅率がＧ倍になると、電圧信
号Ｖ1 ，Ｖ2 はそれぞれ１／Ｇ倍になりΔＶ11，ΔＶ12
も変化するから、ΔＶ11，ΔＶ12は、物体の反射率Ｒｅ
と物体までの距離ｒとに加えて増幅率Ｇの関数でもあ
り、ゲイン切換部３０を設ける場合には、ΔＶ11＝ｆ1
（Ｒｅ，ｒ，Ｇ），ΔＶ12＝ｆ2 （Ｒｅ，ｒ，Ｇ）と考
える必要がある。結局、増幅率Ｇを変更すると誤差成分
であるΔＶ11，ΔＶ12が変動して測定誤差が生じるので
ある。
バックゲインをαとするとき、α・（Ｖ11−Ｖ12）にな
り、加算器２６の出力であるα・（Ｖ11＋Ｖ12）は安定
状態では一定値に保たれるから、α・（Ｖ11＋Ｖ12）＝
Ｖｃとおけば、減算部２５の出力は、Ｖｃ・（Ｖ11−Ｖ
12）／（Ｖ11＋Ｖ12）になる。ここで、クロストークに
よる各信号Ｖ11，Ｖ12に対する非線形的な影響をそれぞ
れΔＶ11，ΔＶ12とすれば、減算部２５の出力は、Ｖｃ
・｛（Ｖ11＋ΔＶ11）−（Ｖ12＋ΔＶ12）｝／｛（Ｖ11
＋ΔＶ11）＋（Ｖ12＋ΔＶ12）｝となる。ここで、ΔＶ
11，ΔＶ12は、物体の反射率Ｒｅと物体までの距離ｒと
の関数であるから、ΔＶ11＝ｆ1 （Ｒｅ，ｒ），ΔＶ12
＝ｆ2 （Ｒｅ，ｒ）と考えることができる。一方、信号
処理部２４ａ，２４ｂの増幅率がＧ倍になると、電圧信
号Ｖ1 ，Ｖ2 はそれぞれ１／Ｇ倍になりΔＶ11，ΔＶ12
も変化するから、ΔＶ11，ΔＶ12は、物体の反射率Ｒｅ
と物体までの距離ｒとに加えて増幅率Ｇの関数でもあ
り、ゲイン切換部３０を設ける場合には、ΔＶ11＝ｆ1
（Ｒｅ，ｒ，Ｇ），ΔＶ12＝ｆ2 （Ｒｅ，ｒ，Ｇ）と考
える必要がある。結局、増幅率Ｇを変更すると誤差成分
であるΔＶ11，ΔＶ12が変動して測定誤差が生じるので
ある。
【００１６】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、第１の目的は、分解能に影響を与えずに出力値
の変化範囲を変更することができるようにし、第２の目
的は、位置信号の増幅率を変更しても測定誤差が増加し
ないようにした光学式変位測定装置を提供することにあ
る。
であり、第１の目的は、分解能に影響を与えずに出力値
の変化範囲を変更することができるようにし、第２の目
的は、位置信号の増幅率を変更しても測定誤差が増加し
ないようにした光学式変位測定装置を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、点状の光パターンである投光
スポットを物体の表面に照射する投光手段と、投光手段
から照射された光の物体表面での反射光を受光光学系に
通して収束させ投光スポットの像として形成された受光
スポットの位置に対応して出力レベルの比率が決まる一
対の位置信号を出力する受光手段と、各位置信号の出力
レベルの差を演算する減算手段と、受光手段での受光光
量と既定の基準値との差に基づいて受光光量が略一定に
保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制
御する光量制御手段と、光量制御手段の基準値を複数段
階に設定する基準値設定手段とを備えるのである。
記目的を達成するために、点状の光パターンである投光
スポットを物体の表面に照射する投光手段と、投光手段
から照射された光の物体表面での反射光を受光光学系に
通して収束させ投光スポットの像として形成された受光
スポットの位置に対応して出力レベルの比率が決まる一
対の位置信号を出力する受光手段と、各位置信号の出力
レベルの差を演算する減算手段と、受光手段での受光光
量と既定の基準値との差に基づいて受光光量が略一定に
保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制
御する光量制御手段と、光量制御手段の基準値を複数段
階に設定する基準値設定手段とを備えるのである。
【００１８】請求項２の発明では、基準値設定手段は、
固定的に既定されている基準値を発生する固定基準値発
生部と、調節可能な基準値を発生する可変基準値発生部
とを備えるのである。請求項３の発明では、受光手段よ
り出力される位置信号を増幅して減算手段に入力する増
幅手段と、増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイ
ン切換手段とを備え、基準値設定手段はゲイン切換手段
による増幅度の設定に連動して基準値を設定するのであ
る。
固定的に既定されている基準値を発生する固定基準値発
生部と、調節可能な基準値を発生する可変基準値発生部
とを備えるのである。請求項３の発明では、受光手段よ
り出力される位置信号を増幅して減算手段に入力する増
幅手段と、増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイ
ン切換手段とを備え、基準値設定手段はゲイン切換手段
による増幅度の設定に連動して基準値を設定するのであ
る。
【００１９】請求項４の発明では、点状の光パターンで
ある投光スポットを物体の表面に照射する投光手段と、
投光手段から照射された光の物体表面での反射光を受光
光学系に通して収束させ投光スポットの像として形成さ
れた受光スポットの位置に対応して出力レベルの比率が
決まる一対の位置信号を出力する受光手段と、各位置信
号の出力レベルの差を演算する減算手段と、受光手段で
の受光光量と既定の基準値との差に基づいて受光光量が
略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィード
バック制御する光量制御手段と、光量制御手段の基準値
を設定する基準値設定手段と、受光手段より出力される
位置信号を増幅して減算手段に入力する増幅手段と、増
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン切換手段
と、減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に
設定する傾き設定手段とを備え、傾き設定定手段はゲイ
ン切換手段による増幅度の設定に連動して比例定数を設
定するのである。
ある投光スポットを物体の表面に照射する投光手段と、
投光手段から照射された光の物体表面での反射光を受光
光学系に通して収束させ投光スポットの像として形成さ
れた受光スポットの位置に対応して出力レベルの比率が
決まる一対の位置信号を出力する受光手段と、各位置信
号の出力レベルの差を演算する減算手段と、受光手段で
の受光光量と既定の基準値との差に基づいて受光光量が
略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィード
バック制御する光量制御手段と、光量制御手段の基準値
を設定する基準値設定手段と、受光手段より出力される
位置信号を増幅して減算手段に入力する増幅手段と、増
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン切換手段
と、減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に
設定する傾き設定手段とを備え、傾き設定定手段はゲイ
ン切換手段による増幅度の設定に連動して比例定数を設
定するのである。
【００２０】
【作用】請求項１の構成では、フィードバック制御の際
の受光光量の基準値を複数段階に設定可能としているの
であり、基準値を変化させれば受光光量が変化するか
ら、基準値の変更によって出力値の範囲を変化させるこ
とができる。この場合、受光光量の基準値を変化させる
だけであるから、出力値の分解能に影響を与えることが
ない。また、基準値を変化させることによって光学的な
仕様の許容範囲内で出力値の範囲を広くしたり狭くした
りすることができ、結果的に距離の測定範囲を調節する
ことが可能になる。
の受光光量の基準値を複数段階に設定可能としているの
であり、基準値を変化させれば受光光量が変化するか
ら、基準値の変更によって出力値の範囲を変化させるこ
とができる。この場合、受光光量の基準値を変化させる
だけであるから、出力値の分解能に影響を与えることが
ない。また、基準値を変化させることによって光学的な
仕様の許容範囲内で出力値の範囲を広くしたり狭くした
りすることができ、結果的に距離の測定範囲を調節する
ことが可能になる。
【００２１】請求項２の構成では、基準値設定手段とし
て、固定の基準値を発生する固定基準値発生部と、可変
な基準値を発生する可変基準値発生部とを設けているの
で、固定基準値発生部を標準として使用することがで
き、また測定対象が変化した場合には、必要に応じて可
変基準値発生部によって基準値を調節することができる
のである。
て、固定の基準値を発生する固定基準値発生部と、可変
な基準値を発生する可変基準値発生部とを設けているの
で、固定基準値発生部を標準として使用することがで
き、また測定対象が変化した場合には、必要に応じて可
変基準値発生部によって基準値を調節することができる
のである。
【００２２】請求項３の構成では、位置信号を増幅する
増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部を
設け、ゲイン設定部による増幅度の設定に連動して基準
値を切り換えるので、増幅度を変更したときに生じる誤
差成分を基準値の変更によって打ち消すことが可能にな
り、結果的に増幅度の変更による測定誤差の発生を抑制
できるのである。
増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部を
設け、ゲイン設定部による増幅度の設定に連動して基準
値を切り換えるので、増幅度を変更したときに生じる誤
差成分を基準値の変更によって打ち消すことが可能にな
り、結果的に増幅度の変更による測定誤差の発生を抑制
できるのである。
【００２３】請求項４の構成では、位置信号を増幅する
増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部
と、減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に
設定する傾き設定手段とを設け、ゲイン設定部による増
幅度の設定に連動して比例定数を切り換えるので、増幅
度を変更したときに生じる誤差成分を比例定数の変更に
よって打ち消すことが可能になり、結果的に増幅度の変
更による測定誤差の発生を抑制できるのである。
増幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部
と、減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に
設定する傾き設定手段とを設け、ゲイン設定部による増
幅度の設定に連動して比例定数を切り換えるので、増幅
度を変更したときに生じる誤差成分を比例定数の変更に
よって打ち消すことが可能になり、結果的に増幅度の変
更による測定誤差の発生を抑制できるのである。
【００２４】
（実施例１）本実施例では、図１に示すように、図９お
よび図１０に示した従来構成に比較して基準値発生部２
８ａ，２８ｂを２個設けた点が異なる。各基準値発生部
２８ａ，２８ｂから発生する基準値は互いに異なり、基
準値切換部３１を操作することによって、基準値を選択
できるようにしてある。
よび図１０に示した従来構成に比較して基準値発生部２
８ａ，２８ｂを２個設けた点が異なる。各基準値発生部
２８ａ，２８ｂから発生する基準値は互いに異なり、基
準値切換部３１を操作することによって、基準値を選択
できるようにしてある。
【００２５】基準値発生部２８ａは、図２のように、電
源の両端間に接続された抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 の直列回路およ
び抵抗Ｒ2 に並列接続されたコンデンサＣ1 により構成
される。また、基準値発生部２８ｂは、アナログスイッ
チＡＳ1 との直列回路が抵抗Ｒ2 に並列接続された抵抗
Ｒ3 により構成される。基準値切換部３１は、アナログ
スイッチＡＳ1 と操作スイッチＳＷ2 とにより構成され
る。
源の両端間に接続された抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 の直列回路およ
び抵抗Ｒ2 に並列接続されたコンデンサＣ1 により構成
される。また、基準値発生部２８ｂは、アナログスイッ
チＡＳ1 との直列回路が抵抗Ｒ2 に並列接続された抵抗
Ｒ3 により構成される。基準値切換部３１は、アナログ
スイッチＡＳ1 と操作スイッチＳＷ2 とにより構成され
る。
【００２６】したがって、操作スイッチＳＷ2 によりア
ナログスイッチＡＳ1 をオフに設定すれば、抵抗Ｒ1 ，
Ｒ2 の接続点の電位である基準値は、電源電圧Ｖｃｃに
対して、Ｖｃｃ・Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）になり、アナロ
グスイッチＡＳ2 をオンに設定すれば、基準値は、Ｖｃ
ｃ・（Ｒ2 ＃Ｒ3 ）／｛Ｒ1 ＋（Ｒ2 ＃Ｒ3 ）｝にな
る。ここに、Ｒ2 ＃Ｒ3 は、Ｒ2 ・Ｒ3 ／（Ｒ2 ＋
Ｒ3 ）の意味である。したがって、操作スイッチＳＷ1
によりアナログスイッチＡＳ1 をオンにすれば、オフの
ときよりも基準値を下げることができる。
ナログスイッチＡＳ1 をオフに設定すれば、抵抗Ｒ1 ，
Ｒ2 の接続点の電位である基準値は、電源電圧Ｖｃｃに
対して、Ｖｃｃ・Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）になり、アナロ
グスイッチＡＳ2 をオンに設定すれば、基準値は、Ｖｃ
ｃ・（Ｒ2 ＃Ｒ3 ）／｛Ｒ1 ＋（Ｒ2 ＃Ｒ3 ）｝にな
る。ここに、Ｒ2 ＃Ｒ3 は、Ｒ2 ・Ｒ3 ／（Ｒ2 ＋
Ｒ3 ）の意味である。したがって、操作スイッチＳＷ1
によりアナログスイッチＡＳ1 をオンにすれば、オフの
ときよりも基準値を下げることができる。
【００２７】上述のように、基準値を切り換えることに
よって、式で示した変位Δｘを求める際の傾きを、Ｄ
Ｃ演算部２７に影響を与えずに調節することが可能にな
る。すなわち、傾きは（Ｖ11＋Ｖ12）に比例し、フィー
ドバック制御によって基準値発生部２８から発生する基
準値に（Ｖ11＋Ｖ12）を一致させるように保たれている
から、基準値発生部２８から発生する基準値を調節する
ことによって傾きを調節することができるのである。こ
のように、基準値発生部２８から発生する基準値を調節
して傾きを変化させれば、ＤＣ演算部２７において減衰
率を調節して傾きを調節する場合に比較して、測定の際
の分解能に影響を与えずに傾きを変化させることが可能
になる。
よって、式で示した変位Δｘを求める際の傾きを、Ｄ
Ｃ演算部２７に影響を与えずに調節することが可能にな
る。すなわち、傾きは（Ｖ11＋Ｖ12）に比例し、フィー
ドバック制御によって基準値発生部２８から発生する基
準値に（Ｖ11＋Ｖ12）を一致させるように保たれている
から、基準値発生部２８から発生する基準値を調節する
ことによって傾きを調節することができるのである。こ
のように、基準値発生部２８から発生する基準値を調節
して傾きを変化させれば、ＤＣ演算部２７において減衰
率を調節して傾きを調節する場合に比較して、測定の際
の分解能に影響を与えずに傾きを変化させることが可能
になる。
【００２８】たとえば、基準値発生部２８ａから発生す
る基準値によって測定したときのＤＣ演算部２７の出力
が±５Ｖの範囲であるとし、ＤＣ演算部２７において傾
きを調節して出力が±１Ｖの範囲で変化するように調節
すると、距離の測定範囲が変化せずに出力値の範囲が変
化することになって、分解能が変化することになる。一
方、ＤＣ演算部２７では傾きを変化させずに、基準値発
生部２８ｂから発生する基準値をＤＣ演算部２７の出力
が±１Ｖの範囲で変化するように調節した場合には、距
離の測定範囲が変化するから、分解能が変化することな
く出力値の範囲のみを縮小することが可能になる。また
逆に、ＤＣ演算部２７の出力が±５Ｖとなる距離の測定
範囲に対して光学的仕様に余裕があって距離の測定範囲
を広げることが可能なときには、基準値発生部２８ｂか
ら発生する基準値を基準値発生部２８ａから発生する基
準値よりも大きく設定すればよい。要するに、基準値を
調節すれば、距離の測定範囲を調節することが可能にな
るのである。
る基準値によって測定したときのＤＣ演算部２７の出力
が±５Ｖの範囲であるとし、ＤＣ演算部２７において傾
きを調節して出力が±１Ｖの範囲で変化するように調節
すると、距離の測定範囲が変化せずに出力値の範囲が変
化することになって、分解能が変化することになる。一
方、ＤＣ演算部２７では傾きを変化させずに、基準値発
生部２８ｂから発生する基準値をＤＣ演算部２７の出力
が±１Ｖの範囲で変化するように調節した場合には、距
離の測定範囲が変化するから、分解能が変化することな
く出力値の範囲のみを縮小することが可能になる。また
逆に、ＤＣ演算部２７の出力が±５Ｖとなる距離の測定
範囲に対して光学的仕様に余裕があって距離の測定範囲
を広げることが可能なときには、基準値発生部２８ｂか
ら発生する基準値を基準値発生部２８ａから発生する基
準値よりも大きく設定すればよい。要するに、基準値を
調節すれば、距離の測定範囲を調節することが可能にな
るのである。
【００２９】ところで、変位出力は標準となる物体を測
定して調節するのであって、フィードバック制御によっ
て減算器２５の出力を正規化しているから、物体が異な
れば測定値に誤差が生じることになる。この種の誤差
は、オフセット値と傾きとの少なくとも一方の調節によ
って打ち消すことが可能であって、とくに、基準位置か
らの相対的な変位を求めるこの種の変位測定装置では、
主として傾きの調節が必要になる。そこで、複数種類の
物体について基準値を対応させて設定した複数個の基準
値設定部を設けておけば、物体ごとに基準値を切り換え
るだけで各物体に対する補正が行えることになる。他の
構成および動作は従来構成と同様であるから説明を省略
する。
定して調節するのであって、フィードバック制御によっ
て減算器２５の出力を正規化しているから、物体が異な
れば測定値に誤差が生じることになる。この種の誤差
は、オフセット値と傾きとの少なくとも一方の調節によ
って打ち消すことが可能であって、とくに、基準位置か
らの相対的な変位を求めるこの種の変位測定装置では、
主として傾きの調節が必要になる。そこで、複数種類の
物体について基準値を対応させて設定した複数個の基準
値設定部を設けておけば、物体ごとに基準値を切り換え
るだけで各物体に対する補正が行えることになる。他の
構成および動作は従来構成と同様であるから説明を省略
する。
【００３０】（実施例２）本実施例では、図３に示すよ
うに、一方の基準値発生部２８ｂから発生する基準値を
調節することができる基準値設定部３２を設け、基準値
発生部２８ａを基準値の固定された固定基準値発生部と
し、基準値発生部２８ｂを基準値が可変である可変基準
値発生部としているのである。すなわち、図４に示すよ
うに、基準値発生部２８ａは、実施例１と同様に抵抗Ｒ
1 ，Ｒ2 およびコンデンサＣ1 により構成され、基準値
発生部２８ｂは、電源の両端間に接続された抵抗Ｒ4 ，
Ｒ5および可変抵抗器ＶＲ1 の直列抵抗と、アナログス
イッチＡＳ1 との直列回路が抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 の接続点と
抵抗Ｒ4 ，Ｒ5 の接続点との間に接続された抵抗Ｒ6と
により構成されている。したがって、実施例１と同様
に、アナログスイッチＡＳ1 のオン・オフによって誤差
増幅器２９に入力される基準値が変化するのであって、
可変抵抗器ＶＲは基準値設定部３２として機能する。
うに、一方の基準値発生部２８ｂから発生する基準値を
調節することができる基準値設定部３２を設け、基準値
発生部２８ａを基準値の固定された固定基準値発生部と
し、基準値発生部２８ｂを基準値が可変である可変基準
値発生部としているのである。すなわち、図４に示すよ
うに、基準値発生部２８ａは、実施例１と同様に抵抗Ｒ
1 ，Ｒ2 およびコンデンサＣ1 により構成され、基準値
発生部２８ｂは、電源の両端間に接続された抵抗Ｒ4 ，
Ｒ5および可変抵抗器ＶＲ1 の直列抵抗と、アナログス
イッチＡＳ1 との直列回路が抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 の接続点と
抵抗Ｒ4 ，Ｒ5 の接続点との間に接続された抵抗Ｒ6と
により構成されている。したがって、実施例１と同様
に、アナログスイッチＡＳ1 のオン・オフによって誤差
増幅器２９に入力される基準値が変化するのであって、
可変抵抗器ＶＲは基準値設定部３２として機能する。
【００３１】上記構成では、基準値発生部２８ｂより発
生する基準値を、可変抵抗器ＶＲの調節によって基準値
発生部２８ａより発生する基準値に対して高低両方向に
変化させることが可能であって、目的に応じて基準値を
調節することができるのである。他の構成および動作は
実施例１と同様である。 （実施例３）本実施例は、図５に示すように、ゲイン切
換部３０での信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅度を切り
換える際に、基準値を同時に切り換えるようにしたもの
である。すなわち、基準値切換部３１をゲイン切換部３
０に連動させているのであって、実施例１が操作スイッ
チＳＷ1 によってアナログスイッチＡＳ1 をオン・オフ
させているのに対して、図６に示すように、本実施例で
はゲイン切換部３０から発生した制御信号によりアナロ
グスイッチＡＳ1 をオン・オフさせるのである。基準値
発生部２８ａ，２８ｂの個数は、ゲイン切換部３０で設
定可能な増幅度の段数と一致させておく。ここでは、ゲ
イン切換部３０では増幅度を２段階に設定でき、基準値
発生部２８ａ，２８ｂで２種類の基準値を発生させるこ
とができるようになっている。たとえば、ゲイン切換部
３０で低増幅率が選択されているときに大きい基準値を
発生する基準値発生部２８ａを選択し、高増幅率が選択
されているときに小さい基準値を発生する基準値発生部
２８ｂを選択すればよい。また、基準値発生部２８ｂに
ついては、実施例１のような固定の基準値と、実施例２
のような可変の基準値とのどちらを発生させるものとし
てもよい。
生する基準値を、可変抵抗器ＶＲの調節によって基準値
発生部２８ａより発生する基準値に対して高低両方向に
変化させることが可能であって、目的に応じて基準値を
調節することができるのである。他の構成および動作は
実施例１と同様である。 （実施例３）本実施例は、図５に示すように、ゲイン切
換部３０での信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅度を切り
換える際に、基準値を同時に切り換えるようにしたもの
である。すなわち、基準値切換部３１をゲイン切換部３
０に連動させているのであって、実施例１が操作スイッ
チＳＷ1 によってアナログスイッチＡＳ1 をオン・オフ
させているのに対して、図６に示すように、本実施例で
はゲイン切換部３０から発生した制御信号によりアナロ
グスイッチＡＳ1 をオン・オフさせるのである。基準値
発生部２８ａ，２８ｂの個数は、ゲイン切換部３０で設
定可能な増幅度の段数と一致させておく。ここでは、ゲ
イン切換部３０では増幅度を２段階に設定でき、基準値
発生部２８ａ，２８ｂで２種類の基準値を発生させるこ
とができるようになっている。たとえば、ゲイン切換部
３０で低増幅率が選択されているときに大きい基準値を
発生する基準値発生部２８ａを選択し、高増幅率が選択
されているときに小さい基準値を発生する基準値発生部
２８ｂを選択すればよい。また、基準値発生部２８ｂに
ついては、実施例１のような固定の基準値と、実施例２
のような可変の基準値とのどちらを発生させるものとし
てもよい。
【００３２】上記構成によれば、ゲイン切換部３０を設
けることによってダイナミックレンジを拡大した場合に
非線形的な誤差成分が信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅
率の関数となるのに対して、この誤差を基準値発生部２
８ｂから発生する基準値によって打ち消すようにし、し
かも増幅率の変更時に自動的に基準値が変更されるよう
にしているので、増幅率の変更に伴う誤差成分の増加を
抑制して高精度で変位を検出できることになる。しか
も、回路構成が簡単であるという利点を有し、かつ基準
値によって傾きを変更しているからオフセット値の変更
が不要であり、温度変化特性の変化もない。他の構成お
よび動作は実施例１と同様である。
けることによってダイナミックレンジを拡大した場合に
非線形的な誤差成分が信号処理部２４ａ，２４ｂの増幅
率の関数となるのに対して、この誤差を基準値発生部２
８ｂから発生する基準値によって打ち消すようにし、し
かも増幅率の変更時に自動的に基準値が変更されるよう
にしているので、増幅率の変更に伴う誤差成分の増加を
抑制して高精度で変位を検出できることになる。しか
も、回路構成が簡単であるという利点を有し、かつ基準
値によって傾きを変更しているからオフセット値の変更
が不要であり、温度変化特性の変化もない。他の構成お
よび動作は実施例１と同様である。
【００３３】（実施例４）本実施例は、図７に示すよう
に、減算器２５とＤＣ演算部２７との間に傾き切換部３
３を挿入して減算器２５の出力値の減衰率を調節するの
であって、傾き切換部３３での傾きの切換をゲイン切換
部３０での増幅度の切換と連動させているのである。す
なわち、図８に示すように、傾き切換部３３は、演算増
幅器ＯＰ1に増幅度を決定するための抵抗Ｒ7 ，Ｒ8 ，
Ｒ9 および可変抵抗ＶＲ2 を接続して構成される。ま
た、抵抗Ｒ9 と可変抵抗ＶＲ2 との直列回路の一端は抵
抗Ｒ8の一端と共通接続され、他端はアナログスイッチ
ＡＳ2 を介して抵抗Ｒ8 の他端とともに演算増幅器ＯＰ
1 の反転入力端に接続される。このアナログスイッチＡ
Ｓ2 は、ゲイン切換部３０からの制御信号によってオン
・オフ制御される。
に、減算器２５とＤＣ演算部２７との間に傾き切換部３
３を挿入して減算器２５の出力値の減衰率を調節するの
であって、傾き切換部３３での傾きの切換をゲイン切換
部３０での増幅度の切換と連動させているのである。す
なわち、図８に示すように、傾き切換部３３は、演算増
幅器ＯＰ1に増幅度を決定するための抵抗Ｒ7 ，Ｒ8 ，
Ｒ9 および可変抵抗ＶＲ2 を接続して構成される。ま
た、抵抗Ｒ9 と可変抵抗ＶＲ2 との直列回路の一端は抵
抗Ｒ8の一端と共通接続され、他端はアナログスイッチ
ＡＳ2 を介して抵抗Ｒ8 の他端とともに演算増幅器ＯＰ
1 の反転入力端に接続される。このアナログスイッチＡ
Ｓ2 は、ゲイン切換部３０からの制御信号によってオン
・オフ制御される。
【００３４】したがって、実施例３と同様に、信号処理
部２４ａ，２４ｂの増幅率の変更に伴って傾きを変更す
ることができ、増幅率の変更に伴う誤差の増加を抑制で
きるのである。他の構成および動作は実施例３と同様で
ある。なお、上記各実施例において、基準値発生部２８
ａ，２８ｂや傾き切換部３３で設定可能な基準値や傾き
について、少なくとも一方は固定的に設定されているか
ら、固定された設定値を標準の状態としておけば、標準
の状態に容易に復帰できることになる。
部２４ａ，２４ｂの増幅率の変更に伴って傾きを変更す
ることができ、増幅率の変更に伴う誤差の増加を抑制で
きるのである。他の構成および動作は実施例３と同様で
ある。なお、上記各実施例において、基準値発生部２８
ａ，２８ｂや傾き切換部３３で設定可能な基準値や傾き
について、少なくとも一方は固定的に設定されているか
ら、固定された設定値を標準の状態としておけば、標準
の状態に容易に復帰できることになる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１の発明は、フィードバック制御
の際の受光光量の基準値を複数段階に設定可能としてい
るので、基準値を変化させれば受光光量が変化し、基準
値の変更によって出力値の範囲を変化させることができ
るという効果がある。この場合、受光光量の基準値を変
化させるだけであるから、出力値の分解能に影響を与え
ることがないという利点がある。
の際の受光光量の基準値を複数段階に設定可能としてい
るので、基準値を変化させれば受光光量が変化し、基準
値の変更によって出力値の範囲を変化させることができ
るという効果がある。この場合、受光光量の基準値を変
化させるだけであるから、出力値の分解能に影響を与え
ることがないという利点がある。
【００３６】請求項２の発明は、基準値設定手段とし
て、固定の基準値を発生する固定基準値発生部と、可変
な基準値を発生する可変基準値発生部とを設けているの
で、固定基準値発生部を標準として使用することがで
き、また測定対象が変化した場合には、必要に応じて可
変基準値発生部によって基準値を調節することができる
という利点がある。
て、固定の基準値を発生する固定基準値発生部と、可変
な基準値を発生する可変基準値発生部とを設けているの
で、固定基準値発生部を標準として使用することがで
き、また測定対象が変化した場合には、必要に応じて可
変基準値発生部によって基準値を調節することができる
という利点がある。
【００３７】請求項３の発明は、位置信号を増幅する増
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部を設
け、ゲイン設定部による増幅度の設定に連動して基準値
を切り換えるので、増幅度を変更したときに生じる誤差
成分を基準値の変更によって打ち消すことが可能にな
り、結果的に増幅度の変更による測定誤差の発生を抑制
できるという利点がある。
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部を設
け、ゲイン設定部による増幅度の設定に連動して基準値
を切り換えるので、増幅度を変更したときに生じる誤差
成分を基準値の変更によって打ち消すことが可能にな
り、結果的に増幅度の変更による測定誤差の発生を抑制
できるという利点がある。
【００３８】請求項４の発明は、位置信号を増幅する増
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部と、
減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に設定
する傾き設定手段とを設け、ゲイン設定部による増幅度
の設定に連動して比例定数を切り換えるので、増幅度を
変更したときに生じる誤差成分を比例定数の変更によっ
て打ち消すことが可能になり、結果的に増幅度の変更に
よる測定誤差の発生を抑制できるという利点がある。
幅手段の増幅度を複数段階に設定するゲイン設定部と、
減算手段の出力値に乗算する比例定数を複数段階に設定
する傾き設定手段とを設け、ゲイン設定部による増幅度
の設定に連動して比例定数を切り換えるので、増幅度を
変更したときに生じる誤差成分を比例定数の変更によっ
て打ち消すことが可能になり、結果的に増幅度の変更に
よる測定誤差の発生を抑制できるという利点がある。
【図１】実施例１を示すブロック回路図である。
【図２】実施例１の要部の回路図である。
【図３】実施例２を示すブロック回路図である。
【図４】実施例２の要部の回路図である。
【図５】実施例３を示すブロック回路図である。
【図６】実施例３の要部の回路図である。
【図７】実施例４を示すブロック回路図である。
【図８】実施例４の要部の回路図である。
【図９】従来例を示すブロック回路図である。
【図１０】従来例に用いるコントローラのブロック回路
図である。
図である。
【図１１】本発明に係る光学式変位測定装置の動作原理
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１ 投光手段 ２ 受光手段 １１ 発光素子 １３ 受光光学系 １４ 位置検出素子 １５ａ 増幅器 １５ｂ 増幅器 ２５ 減算器 ２６ 加算器 ２７ ＤＣ演算部 ２８ａ 基準値発生部 ２８ｂ 基準値発生部 ３０ ゲイン切換部 ３１ 基準値切換部 ３２ 基準値設定部 ３３ 傾き切換部
Claims (4)
- 【請求項１】 点状の光パターンである投光スポットを
物体の表面に照射する投光手段と、投光手段から照射さ
れた光の物体表面での反射光を受光光学系に通して収束
させ投光スポットの像として形成された受光スポットの
位置に対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信
号を出力する受光手段と、各位置信号の出力レベルの差
を演算する減算手段と、受光手段での受光光量と既定の
基準値との差に基づいて受光光量が略一定に保たれるよ
うに投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量
制御手段と、光量制御手段の基準値を複数段階に設定す
る基準値設定手段とを備えることを特徴とする光学式変
位測定装置。 - 【請求項２】 基準値設定手段は、固定的に既定されて
いる基準値を発生する固定基準値発生部と、調節可能な
基準値を発生する可変基準値発生部とを備えることを特
徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項３】 受光手段より出力される位置信号を増幅
して減算手段に入力する増幅手段と、増幅手段の増幅度
を複数段階に設定するゲイン切換手段とを備え、基準値
設定手段はゲイン切換手段による増幅度の設定に連動し
て基準値を設定することを特徴とする請求項１記載の光
学式変位測定装置。 - 【請求項４】 点状の光パターンである投光スポットを
物体の表面に照射する投光手段と、投光手段から照射さ
れた光の物体表面での反射光を受光光学系に通して収束
させ投光スポットの像として形成された受光スポットの
位置に対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信
号を出力する受光手段と、各位置信号の出力レベルの差
を演算する減算手段と、受光手段での受光光量と既定の
基準値との差に基づいて受光光量が略一定に保たれるよ
うに投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量
制御手段と、光量制御手段の基準値を設定する基準値設
定手段と、受光手段より出力される位置信号を増幅して
減算手段に入力する増幅手段と、増幅手段の増幅度を複
数段階に設定するゲイン切換手段と、減算手段の出力値
に乗算する比例定数を複数段階に設定する傾き設定手段
とを備え、傾き設定定手段はゲイン切換手段による増幅
度の設定に連動して比例定数を設定することを特徴とす
る光学式変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20088192A JPH0642957A (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20088192A JPH0642957A (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642957A true JPH0642957A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16431797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20088192A Withdrawn JPH0642957A (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642957A (ja) |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP20088192A patent/JPH0642957A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |