JPH0690007B2 - 光変位計測装置 - Google Patents
光変位計測装置Info
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- JPH0690007B2 JPH0690007B2 JP59064578A JP6457884A JPH0690007B2 JP H0690007 B2 JPH0690007 B2 JP H0690007B2 JP 59064578 A JP59064578 A JP 59064578A JP 6457884 A JP6457884 A JP 6457884A JP H0690007 B2 JPH0690007 B2 JP H0690007B2
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- Japan
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- light source
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- light
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、被測定物の形状を非接触で測定する光変位
計測装置に関するものである。
計測装置に関するものである。
従来、この種の装置として、第１図に示すものがあっ
た。第１図において、（１）は光源の駆動回路、（２）
は光源としての半導体レーザー、（３）は半導体レーザ
（２）の光を集光して、照射する投光レンズ、（４）
は、被測定物、（５）は被測定物（４）に投射された光
スポット、（６）は光スポット（５）からの散乱光を位
置検出素子上に結像させる受光レンズ、（７）は、受光
素子たる半導体位置検出素子（以下PSDと略す）、（8
a）（8b）は前置増幅器、（9a）（9b）は増幅器、（10
a）（10b）は整流回路、（11a）は出力信号Va,（11b）
は出力信号Vb,（12）は減算回路、（13）は加算回路、
（14）は減算出力信号Va−Vb、（15）は加算出力信号Va
＋Vb、（16）は除算回路、（17）は除算出力信号（Va−
Vb）／（Va＋Vb）、（18）はA/D変換器、（19）はデジ
タル化された変位測定結果の出力信号である。
た。第１図において、（１）は光源の駆動回路、（２）
は光源としての半導体レーザー、（３）は半導体レーザ
（２）の光を集光して、照射する投光レンズ、（４）
は、被測定物、（５）は被測定物（４）に投射された光
スポット、（６）は光スポット（５）からの散乱光を位
置検出素子上に結像させる受光レンズ、（７）は、受光
素子たる半導体位置検出素子（以下PSDと略す）、（8
a）（8b）は前置増幅器、（9a）（9b）は増幅器、（10
a）（10b）は整流回路、（11a）は出力信号Va,（11b）
は出力信号Vb,（12）は減算回路、（13）は加算回路、
（14）は減算出力信号Va−Vb、（15）は加算出力信号Va
＋Vb、（16）は除算回路、（17）は除算出力信号（Va−
Vb）／（Va＋Vb）、（18）はA/D変換器、（19）はデジ
タル化された変位測定結果の出力信号である。
第２図（ａ）（ｂ）は、第１図に示した装置に用いる制
御信号の１例を示すタイミング図で、（ａ）は、半導体
レーザー（２）の駆動信号（20）、（ｂ）は、その時間
軸を拡大して表示したものである。
御信号の１例を示すタイミング図で、（ａ）は、半導体
レーザー（２）の駆動信号（20）、（ｂ）は、その時間
軸を拡大して表示したものである。
次に動作について説明する。第１図において、光源の駆
動回路（１）で駆動された半導体レーザー（２）から出
た光は、投光レンズ（３）により集光され、被測定物
（４）上に光スポット（５）を投射する。半導体レーザ
（２）、投光レンズ（３）、受光レンズ（６）及びPSD
（７）から構成される光学系は、投光レンズ（３）から
光スポット（５）までの距離が、三角測量の原理を利用
して、PSD（７）上に結像される光スポット（５）の受
光像の位置を検出することにより、測定できるように配
置されている。このとき、PSD（７）上での、光スポッ
ト（５）の受光像の位置が、PSD（７）より出力される
１対の出力電流信号を各々、増幅回路（8a），（8b），
（9a）及び（9b）で、電圧に変換、増幅し、整流回路
（10a），（10b）により、整流して、１対の電圧信号Va
（11a）及びVb（11b）としたとき、次式で与えられるか
ら、 但し、1:PSD（７）の中心から端までの距離で既知の値 X:PSD（７）上での受光像の位置 被測定物（４）の変位、即ち投光レンズ（３）から、光
スポット（５）までの距離は、あらかじめ定められた光
学系の配置に基ずき、２信号、Va（14）、Vb（15）か
ら、減算信号（Va−Vb）（14）と、加算信号（Va＋Vb）
（15）を求めて、（Va−Vb）／（Va＋Vb）の除算を行な
えば、除算出力信号（17）として求められる。最後に
（17）をA/D変換器（18）によりデジタル化して測定結
果（19）を得るものであった。
動回路（１）で駆動された半導体レーザー（２）から出
た光は、投光レンズ（３）により集光され、被測定物
（４）上に光スポット（５）を投射する。半導体レーザ
（２）、投光レンズ（３）、受光レンズ（６）及びPSD
（７）から構成される光学系は、投光レンズ（３）から
光スポット（５）までの距離が、三角測量の原理を利用
して、PSD（７）上に結像される光スポット（５）の受
光像の位置を検出することにより、測定できるように配
置されている。このとき、PSD（７）上での、光スポッ
ト（５）の受光像の位置が、PSD（７）より出力される
１対の出力電流信号を各々、増幅回路（8a），（8b），
（9a）及び（9b）で、電圧に変換、増幅し、整流回路
（10a），（10b）により、整流して、１対の電圧信号Va
（11a）及びVb（11b）としたとき、次式で与えられるか
ら、 但し、1:PSD（７）の中心から端までの距離で既知の値 X:PSD（７）上での受光像の位置 被測定物（４）の変位、即ち投光レンズ（３）から、光
スポット（５）までの距離は、あらかじめ定められた光
学系の配置に基ずき、２信号、Va（14）、Vb（15）か
ら、減算信号（Va−Vb）（14）と、加算信号（Va＋Vb）
（15）を求めて、（Va−Vb）／（Va＋Vb）の除算を行な
えば、除算出力信号（17）として求められる。最後に
（17）をA/D変換器（18）によりデジタル化して測定結
果（19）を得るものであった。
従来の光変位計は、以上のように構成されているので被
測定物（４）までの距離の情報を持つ、PSD（７）の出
力信号を、整流しなければならず、回路素子のオフセッ
ト電圧、温度ドリフトあるいは、雑音等の悪影響を受け
やすく、さらに、アナログの除算回路による演算を必要
とするため、S/Nの確保が難しく、測定結果が安定しな
い等の欠点があった。
測定物（４）までの距離の情報を持つ、PSD（７）の出
力信号を、整流しなければならず、回路素子のオフセッ
ト電圧、温度ドリフトあるいは、雑音等の悪影響を受け
やすく、さらに、アナログの除算回路による演算を必要
とするため、S/Nの確保が難しく、測定結果が安定しな
い等の欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、受光素子の出力信号増幅に交流増
幅器を使用し、演算プロセッサによりPSDの各々の出力
信号のピークツーピーク値をデジタル演算し、これらの
ピークツーピーク値を用いて、変位量の検出演算を行な
うことにより、増幅回路などに生じるオフセット電圧、
温度ドリフトの影響を受けにくい、安定で、精度よい変
位量測定のできる光変位計を提供することを目的として
いる。
めになされたもので、受光素子の出力信号増幅に交流増
幅器を使用し、演算プロセッサによりPSDの各々の出力
信号のピークツーピーク値をデジタル演算し、これらの
ピークツーピーク値を用いて、変位量の検出演算を行な
うことにより、増幅回路などに生じるオフセット電圧、
温度ドリフトの影響を受けにくい、安定で、精度よい変
位量測定のできる光変位計を提供することを目的として
いる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第３
図において、第１図と同符号は同一物を示し、（22
a）、（22b）は交流増幅回路、（23）は信号切換器、
（24）はサンプルホールド回路、（25）はA/D変換器、
（26）は演算プロセッサー、（27）は演算プロセッサー
（26）の出力、（28）はタイミングパルス発生回路、
（29）は半導体レーザー（２）の点燈タイミング信号、
（30）は信号切換器（23）の制御信号、（31）はサンプ
ルホールド回路（24）の制御信号、（32）は、A/D変換
器（25）の制御信号、（33）は交流増幅回路（22a）の
出力信号V1、（34）は交流増幅回路（22b）の出力信号V
2、（35）は信号切換器（23）の出力信号、（36）はサ
ンプルホールド回路（24）の出力信号である。
図において、第１図と同符号は同一物を示し、（22
a）、（22b）は交流増幅回路、（23）は信号切換器、
（24）はサンプルホールド回路、（25）はA/D変換器、
（26）は演算プロセッサー、（27）は演算プロセッサー
（26）の出力、（28）はタイミングパルス発生回路、
（29）は半導体レーザー（２）の点燈タイミング信号、
（30）は信号切換器（23）の制御信号、（31）はサンプ
ルホールド回路（24）の制御信号、（32）は、A/D変換
器（25）の制御信号、（33）は交流増幅回路（22a）の
出力信号V1、（34）は交流増幅回路（22b）の出力信号V
2、（35）は信号切換器（23）の出力信号、（36）はサ
ンプルホールド回路（24）の出力信号である。
第４図（ａ）〜（ｈ）は第３図に示した装置の各部分の
時間的な動作の１例を示すタイミング図である。同図
（ａ）の半導体レーザー（２）の点燈タイミング信号
（29）で０は消燈、１は点燈を示す。同図（ｄ）は信号
切換器（23）の制御信号（30）で、０はV1（33）への切
換、１はV2（34）への切換制御を示す。同図（ｆ）は、
サンプルホールド回路（24）の制御信号（31）で、０は
サンプル、１はホールドを示す。なお、同図の他のもの
は第３図各部の符号に対応する符号を用いてその出力を
示している。
時間的な動作の１例を示すタイミング図である。同図
（ａ）の半導体レーザー（２）の点燈タイミング信号
（29）で０は消燈、１は点燈を示す。同図（ｄ）は信号
切換器（23）の制御信号（30）で、０はV1（33）への切
換、１はV2（34）への切換制御を示す。同図（ｆ）は、
サンプルホールド回路（24）の制御信号（31）で、０は
サンプル、１はホールドを示す。なお、同図の他のもの
は第３図各部の符号に対応する符号を用いてその出力を
示している。
次に動作について説明する。第３図において、半導体レ
ーザーの点燈タイミング信号（29）に同期して点燈され
た半導体レーザー（２）から出た光は投光レンズ（３）
を経て、被側定物（４）上に光スポット（５）として投
射され、その散乱光の一部は受光レンズ（６）によりPS
D（７）上に結像し、PSD（７）から出力される１対の電
流信号は、前置増幅器（8a）（8b）により電圧変換、増
幅され、さらに交流増幅器（22a），（22b）により交流
増幅された信号V1（33）,V2（34）となる。２信号V1（3
3）,V2（34）は信号切換器（23）によって、半導体レー
ザの点燈タイミング信号（29）の１周期ごとに、交互に
切換られて、サンプルホールド回路（24）に入力され
る。まず、サンプルホールド回路（24）の入力が信号V1
（33）に切換えられているときについて動作を述べれ
ば、サンプルホールド回路（24）は、その制御信号（3
1）により、半導体レーザーがその点燈タイミング信号
（29）に同期して点燈し、信号V1（33）が十分安定収束
したところでサンプリングし、ホールドする。A/D変換
器（25）は、このホールドされた信号をA/D変換し演算
処理装置（26）に送る。半導体レーザー（２）が消燈し
たときも同様にして、信号V1（33）が十分安定収束した
ところで、サンプリングし、ホールドした後、A/D変換
して、演算プロセッサに送る。演算プロセッサー（26）
では、半導体レーザ（２）が点燈、消燈した時に各々得
た２つデジタル信号の差を演算し、信号V1（33）のピー
クツーピーク値V1′を求値する。次に、サンプルホール
ド回路（24）の入力を信号V2（34）に切換えて、上述し
たと同様にして、信号V2（34）のピークツーピーク値
V2′を求値する。このようにして求めた２信号のピーク
ツーピーク値から（V1′−V2′）／（V1′＋V2′）の演
算を演算プロセッサ（26）で行なうことにより、被測定
物（４）上の光スポット（５）までの距離を得る。
ーザーの点燈タイミング信号（29）に同期して点燈され
た半導体レーザー（２）から出た光は投光レンズ（３）
を経て、被側定物（４）上に光スポット（５）として投
射され、その散乱光の一部は受光レンズ（６）によりPS
D（７）上に結像し、PSD（７）から出力される１対の電
流信号は、前置増幅器（8a）（8b）により電圧変換、増
幅され、さらに交流増幅器（22a），（22b）により交流
増幅された信号V1（33）,V2（34）となる。２信号V1（3
3）,V2（34）は信号切換器（23）によって、半導体レー
ザの点燈タイミング信号（29）の１周期ごとに、交互に
切換られて、サンプルホールド回路（24）に入力され
る。まず、サンプルホールド回路（24）の入力が信号V1
（33）に切換えられているときについて動作を述べれ
ば、サンプルホールド回路（24）は、その制御信号（3
1）により、半導体レーザーがその点燈タイミング信号
（29）に同期して点燈し、信号V1（33）が十分安定収束
したところでサンプリングし、ホールドする。A/D変換
器（25）は、このホールドされた信号をA/D変換し演算
処理装置（26）に送る。半導体レーザー（２）が消燈し
たときも同様にして、信号V1（33）が十分安定収束した
ところで、サンプリングし、ホールドした後、A/D変換
して、演算プロセッサに送る。演算プロセッサー（26）
では、半導体レーザ（２）が点燈、消燈した時に各々得
た２つデジタル信号の差を演算し、信号V1（33）のピー
クツーピーク値V1′を求値する。次に、サンプルホール
ド回路（24）の入力を信号V2（34）に切換えて、上述し
たと同様にして、信号V2（34）のピークツーピーク値
V2′を求値する。このようにして求めた２信号のピーク
ツーピーク値から（V1′−V2′）／（V1′＋V2′）の演
算を演算プロセッサ（26）で行なうことにより、被測定
物（４）上の光スポット（５）までの距離を得る。
なお、上記実施例では、サンプルホールド回路（24）、
及びA/D変換器（25）を１個ずつ設けたものを示した
が、これらを複数個設けてもよい。この場合には、サン
プリングの高速化、サンプリングの同時化、信号切換器
の省略などの効果も得られる。
及びA/D変換器（25）を１個ずつ設けたものを示した
が、これらを複数個設けてもよい。この場合には、サン
プリングの高速化、サンプリングの同時化、信号切換器
の省略などの効果も得られる。
また上記実施例では、光源としての半導体レーザー
（２）の点燈タイミング信号（29）として矩形波を示
し、点燈、消燈のオンオフ制御の例を示したが、光源と
しての半導体レーザー（２）の出力強度を変化させ、半
導体レーザー（２）の出力強度のある一定の変化のタイ
ミングに合わせて、PSD（７）の出力信号の増幅出力の
サンプリングを行ない、各々のタイミングで得たサンプ
リングデータの差を演算して、ピークツーピークの値と
みなし、上記実施例と同様の処理を行なっても上記実施
例と同様の効果を奏する。
（２）の点燈タイミング信号（29）として矩形波を示
し、点燈、消燈のオンオフ制御の例を示したが、光源と
しての半導体レーザー（２）の出力強度を変化させ、半
導体レーザー（２）の出力強度のある一定の変化のタイ
ミングに合わせて、PSD（７）の出力信号の増幅出力の
サンプリングを行ない、各々のタイミングで得たサンプ
リングデータの差を演算して、ピークツーピークの値と
みなし、上記実施例と同様の処理を行なっても上記実施
例と同様の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば、位置検出素子から出
力される位置検出信号を交流増幅器によって増幅し、そ
の出力信号が安定した時点でサンプルホールドして、更
にA/D変換後に演算処理し被測定物の変位を求めるよう
に構成したので、位置検出素子の出力信号増幅回路及び
その他の回路に発生するオフセット電圧，温度ドリフト
及び雑音等の影響を受けにくい、安定で精度の良い変位
量測定ができる効果がある。
力される位置検出信号を交流増幅器によって増幅し、そ
の出力信号が安定した時点でサンプルホールドして、更
にA/D変換後に演算処理し被測定物の変位を求めるよう
に構成したので、位置検出素子の出力信号増幅回路及び
その他の回路に発生するオフセット電圧，温度ドリフト
及び雑音等の影響を受けにくい、安定で精度の良い変位
量測定ができる効果がある。
第１図は従来の非接触変位測定装置を示すブロック図、
第２図（ａ）（ｂ）は第１図の装置に用いられる半導体
レーザーの駆動信号の一例を示す図、第３図はこの発明
の一実施例の非接触変位測定装置を示すブロック図、第
４図は第３図の装置に用いられる制御信号の一例を示す
タイミング図である。 図において、（２）は光源としての半導体レーザー、
（３）は投光レンズ、（４）は被測定物、（６）は受光
レンズ、（７）は位置検出素子、（8a）（8b）は前置増
幅器、（22a）（22b）は交流増幅器、（23）は信号切換
器、（24）はサンプルホールド回路、（25）はA/D変換
器、（26）は演算プロセッサー、（28）はタイミングパ
ルス発生回路である。 なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。
第２図（ａ）（ｂ）は第１図の装置に用いられる半導体
レーザーの駆動信号の一例を示す図、第３図はこの発明
の一実施例の非接触変位測定装置を示すブロック図、第
４図は第３図の装置に用いられる制御信号の一例を示す
タイミング図である。 図において、（２）は光源としての半導体レーザー、
（３）は投光レンズ、（４）は被測定物、（６）は受光
レンズ、（７）は位置検出素子、（8a）（8b）は前置増
幅器、（22a）（22b）は交流増幅器、（23）は信号切換
器、（24）はサンプルホールド回路、（25）はA/D変換
器、（26）は演算プロセッサー、（28）はタイミングパ
ルス発生回路である。 なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】オン・オフ動作する制御信号に応じて交流
駆動される光源と、その光源から供給される光によっ
て、三角測量の原理を利用し被測定物までの距離を測定
するように配置された光学系と、その光学系からの光を
受光し、一端と他端の寸法で定まる信号と一端と上記光
学系による受光点の距離で定まる信号とを位置検出信号
として出力する位置検出素子と、その位置検出信号を増
幅する交流増幅器と、その交流増幅器の出力信号を切換
える信号切換器と、上記光源を交流駆動するオン・オフ
動作に同期して、且つ上記信号切換器の出力信号が安定
した時点でサンプルホールドするサンプルホールド回路
と、上記サンプルホールド回路の出力をA/D変換するA/D
変換器と、そのA/D変換器によってディジタル化された
信号を演算処理し上記被測定物の変位を求める演算プロ
セッサと、上記光源，信号切換器，サンプルホールド回
路及びA/D変換器に制御パルスを供給するタイミングパ
ルス発生回路とを備えた光変位計測装置。 - 【請求項２】位置検出素子は半導体位置検出素子であ
り、その半導体位置検出素子の２つの位置情報を含む出
力信号を交流増幅し、光源の出力変化のタイミングに応
じてデータサンプリング及び及びA/D変換を行ない、こ
れらのデジタル化した複数個のサンプリングデータか
ら、演算プロセッサにより、２つの出力信号のピークツ
ーピーク値Ｖ′1,V′２を各々デジタル演算して、求値
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光変
位計測装置。 - 【請求項３】デジタル化して求めた上記半導体位置検出
素子の２つの出力信号の、ピークツーピーク値Ｖ′1,
V′２の差（Ｖ′１−Ｖ′２）及び和（Ｖ′１＋
Ｖ′２）及び（Ｖ′１−Ｖ′２）／（Ｖ′１＋Ｖ′２）
を演算プロセッサにより、デジタル演算して、被測定物
に対する距離の変化量を求めることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の光変位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064578A JPH0690007B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 光変位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064578A JPH0690007B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 光変位計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60205303A JPS60205303A (ja) | 1985-10-16 |
| JPH0690007B2 true JPH0690007B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=13262253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59064578A Expired - Lifetime JPH0690007B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 光変位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690007B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62245103A (ja) * | 1986-04-17 | 1987-10-26 | Nippon Steel Corp | 信号処理回路 |
| DE3625641A1 (de) * | 1986-07-29 | 1988-02-11 | Busch Dieter & Co Prueftech | Elektrooptische vorrichtung fuer die dauerueberwachung der gegenseitigen raeumlichen lage zweier maschinen oder maschinenteile |
| JPH03135715A (ja) * | 1989-10-20 | 1991-06-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | 測距装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610561A (en) * | 1979-06-28 | 1981-02-03 | Basf Ag | Novel brown vat dye and its production |
| JPS5810609A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | Rion Co Ltd | 光学的測定方法 |
| JPS5817311A (ja) * | 1981-07-22 | 1983-02-01 | Canon Inc | 測距装置及びこれを用いた自動焦点調整装置 |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59064578A patent/JPH0690007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610561A (en) * | 1979-06-28 | 1981-02-03 | Basf Ag | Novel brown vat dye and its production |
| JPS5810609A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | Rion Co Ltd | 光学的測定方法 |
| JPS5817311A (ja) * | 1981-07-22 | 1983-02-01 | Canon Inc | 測距装置及びこれを用いた自動焦点調整装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60205303A (ja) | 1985-10-16 |
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