JPH0746052B2 - 光変位計 - Google Patents
光変位計Info
- Publication number
- JPH0746052B2 JPH0746052B2 JP59081915A JP8191584A JPH0746052B2 JP H0746052 B2 JPH0746052 B2 JP H0746052B2 JP 59081915 A JP59081915 A JP 59081915A JP 8191584 A JP8191584 A JP 8191584A JP H0746052 B2 JPH0746052 B2 JP H0746052B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- circuit
- output
- light source
- light
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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３次元形状を非接触で測定する
光変位計に関するものである。
光変位計に関するものである。
従来この種の装置として第１図に示すものがあつた。第
１図において、１は光源駆動回路、２は光源としての半
導体レーザー、３は前記半導体レーザー２の光を集光し
て照射する投光レンズ、４は前記投光レンズ３の投光光
軸、５は被測定物、６は前記被測定物５に投射された光
スポツト、７は前記光スポツト６からの散乱光を受光素
子上に結像させる受光レンズ、８は受光素子としての半
導体位置検出素子（以下PSDと略す）9a,9bは前置増幅
器、10a,10bは後置増幅器、11a,11bは整流回路、12aは
出力信号Va、12bは出力信号Vb、13は減算回路、14は加
算回路、15は減算出力信号Va−Vb、16は加算出力信号Va
＋Vb、17は除算回路、18は除算出力信号（Va−Vb）／
（Va＋Vb）、19はA/D変換器、20はデジタル化された変
位測定結果の測定結果信号、21は光源の出力制御回路で
ある。
１図において、１は光源駆動回路、２は光源としての半
導体レーザー、３は前記半導体レーザー２の光を集光し
て照射する投光レンズ、４は前記投光レンズ３の投光光
軸、５は被測定物、６は前記被測定物５に投射された光
スポツト、７は前記光スポツト６からの散乱光を受光素
子上に結像させる受光レンズ、８は受光素子としての半
導体位置検出素子（以下PSDと略す）9a,9bは前置増幅
器、10a,10bは後置増幅器、11a,11bは整流回路、12aは
出力信号Va、12bは出力信号Vb、13は減算回路、14は加
算回路、15は減算出力信号Va−Vb、16は加算出力信号Va
＋Vb、17は除算回路、18は除算出力信号（Va−Vb）／
（Va＋Vb）、19はA/D変換器、20はデジタル化された変
位測定結果の測定結果信号、21は光源の出力制御回路で
ある。
次に動作について説明する。第１図において、光源駆動
回路１で駆動された半導体レーザー２から出力された光
は、投光レンズ３により集光され、被測定物５上に光ス
ポツト６を投射する。半導体レーザー2,投光レンズ3,受
光レンズ７及びPSD8から構成される光学系は、投光レン
ズ３から光スポツト６までの距離を、三角測量の原理を
利用して、PSD8上に結像される光スポツト６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PSD8上での光スポツト６の受光像の位置
Ｘは、PSD8より出力される１対の出力電流信号を各々増
幅回路9a,9b,10a及び10bで電圧に変換・増幅し、整流回
路11a,11bにより整流して、１対の電圧信号Va（12a）及
びVb（12b）としたとき、次式で与えられる。
回路１で駆動された半導体レーザー２から出力された光
は、投光レンズ３により集光され、被測定物５上に光ス
ポツト６を投射する。半導体レーザー2,投光レンズ3,受
光レンズ７及びPSD8から構成される光学系は、投光レン
ズ３から光スポツト６までの距離を、三角測量の原理を
利用して、PSD8上に結像される光スポツト６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PSD8上での光スポツト６の受光像の位置
Ｘは、PSD8より出力される１対の出力電流信号を各々増
幅回路9a,9b,10a及び10bで電圧に変換・増幅し、整流回
路11a,11bにより整流して、１対の電圧信号Va（12a）及
びVb（12b）としたとき、次式で与えられる。
但し、l:PSD8の中心から端までの距離で、既知の値 X:PSD8上での受光像の位置 被測定物５の変位、即ち投光レンズ３から光スポツト６
までの距離は、あらかじめ定められた光学系の配置に基
づき、２信号Va（12a），Vb（12b）から、減算回路13及
び加算回路14によりそれぞれ減算信号（Va−Vb）15及び
加算信号（Va＋Vb）16を求め、除算回路17が（Va−Vb）
／（Va＋Vb）の除算を行うことにより、除算回路17の出
力である除算出力信号18として求められる。最後にこの
除算出力信号18をA/D変換器19によりデジタル化して、
変位の測定結果である変位出力信号20を得る。なお、被
測定物５の種類・表面状態・色及び光学系と被測定物５
との距離の変化などにより生じる受光素子であるPSD8へ
の入射光量の変化が変位の演算精度に影響を与えないよ
うに、光源の出力制御回路21によつて半導体レーザー２
の出力を制御し、おおむね、そのPSD8への受光量を一定
に保つように構成されている。
までの距離は、あらかじめ定められた光学系の配置に基
づき、２信号Va（12a），Vb（12b）から、減算回路13及
び加算回路14によりそれぞれ減算信号（Va−Vb）15及び
加算信号（Va＋Vb）16を求め、除算回路17が（Va−Vb）
／（Va＋Vb）の除算を行うことにより、除算回路17の出
力である除算出力信号18として求められる。最後にこの
除算出力信号18をA/D変換器19によりデジタル化して、
変位の測定結果である変位出力信号20を得る。なお、被
測定物５の種類・表面状態・色及び光学系と被測定物５
との距離の変化などにより生じる受光素子であるPSD8へ
の入射光量の変化が変位の演算精度に影響を与えないよ
うに、光源の出力制御回路21によつて半導体レーザー２
の出力を制御し、おおむね、そのPSD8への受光量を一定
に保つように構成されている。
従来の光変位計は以上のように構成されているので、変
位量以外に、被測定面と光変位計の投光軸とが成す立体
角の変化や、被測定物の表面状態・材質・色の変化など
を検出することができないという欠点があつた。
位量以外に、被測定面と光変位計の投光軸とが成す立体
角の変化や、被測定物の表面状態・材質・色の変化など
を検出することができないという欠点があつた。
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、変位の測定値の他に、受光素子
への受光量を一定に制御するためのフイードバツク回路
の出力量を制御することにより、被測定面と光変位計の
投光軸とが成す立体角の変化あるいは被測定物の表面状
態・材質・色の変化などを、変位測定精度を一定に保ち
つつ検知でき、また、変位測定精度が保たれなくなつた
り、変位の測定が不能になつたりする以前に、変位の測
定状態の変化を知ることのできる光変位計を提供するこ
とを目的としている。
ためになされたもので、変位の測定値の他に、受光素子
への受光量を一定に制御するためのフイードバツク回路
の出力量を制御することにより、被測定面と光変位計の
投光軸とが成す立体角の変化あるいは被測定物の表面状
態・材質・色の変化などを、変位測定精度を一定に保ち
つつ検知でき、また、変位測定精度が保たれなくなつた
り、変位の測定が不能になつたりする以前に、変位の測
定状態の変化を知ること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１
図と同一または相当部分には同一符号を付した第２図に
おいて、22a,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
ロセツサー、27は前記演算プロセツサー26の出力である
演算値信号、28はタイミングパルス発生回路、29は受光
量検出回路、30は光源出力制御回路、31は出力回路、32
は受光量レベル信号、33は光源駆動レベル信号、34は光
源としての半導体レーザー２の点灯タイミングパルス信
号、35は信号切換器23の信号切換器制御パルス信号、36
はサンプルホールド回路24のサンプルホールド制御パル
ス信号、37はA/D変換器25のA/D変換器制御パルス信号、
38は演算プロセツサー26の演算プロセツサー制御パルス
信号、39は出力回路31の出力回路制御パルス信号、40は
受光量判別回路、41は判別データ信号、42は出力タイミ
ングパルス信号、43は測定結果を示す測定結果信号であ
る。
図と同一または相当部分には同一符号を付した第２図に
おいて、22a,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
ロセツサー、27は前記演算プロセツサー26の出力である
演算値信号、28はタイミングパルス発生回路、29は受光
量検出回路、30は光源出力制御回路、31は出力回路、32
は受光量レベル信号、33は光源駆動レベル信号、34は光
源としての半導体レーザー２の点灯タイミングパルス信
号、35は信号切換器23の信号切換器制御パルス信号、36
はサンプルホールド回路24のサンプルホールド制御パル
ス信号、37はA/D変換器25のA/D変換器制御パルス信号、
38は演算プロセツサー26の演算プロセツサー制御パルス
信号、39は出力回路31の出力回路制御パルス信号、40は
受光量判別回路、41は判別データ信号、42は出力タイミ
ングパルス信号、43は測定結果を示す測定結果信号であ
る。
第３図はそれぞれ出力タイミングパルス信号42及び測定
結果信号43の信号波形図及び信号模式図の一例である。
第４図において、44は光変位計、45は被測定物５の表面
のうち、光の散乱特性が他と異なり、光変位計のPSD8へ
の散乱光入射量が低下するもので、例えば黒つぽい色の
部分である。第５図において、44は光変位計、48は光変
位計44と被測定物５との距離ｌである。なお、46及び47
はそれぞれ測定結果信号を構成する光変位計の計測デー
タを示す計測データ信号及び変位データを示す変位デー
タ信号の信号波形図である。
結果信号43の信号波形図及び信号模式図の一例である。
第４図において、44は光変位計、45は被測定物５の表面
のうち、光の散乱特性が他と異なり、光変位計のPSD8へ
の散乱光入射量が低下するもので、例えば黒つぽい色の
部分である。第５図において、44は光変位計、48は光変
位計44と被測定物５との距離ｌである。なお、46及び47
はそれぞれ測定結果信号を構成する光変位計の計測デー
タを示す計測データ信号及び変位データを示す変位デー
タ信号の信号波形図である。
次に動作について説明する。第２図において、まず、変
位の測定方法を述べると、点灯タイミングパルス信号34
に同期して点灯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、被測定物５上に光スポツト６とし
て投射され、その散乱光の一部は受光レンズ７によりPS
D8上に結像し、PSD8から出力される１対の電流信号は、
前置増幅器9a,9b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１対の信号Vc，V
dとなる。これらの２信号Vc，Vdは、信号切換器23,サン
プルホールド24,A/D変換器25及び演算プロセツサー26に
よつて、それぞれのピークツーピーク値Ve，Vfが求めら
れ、（Ve−Vf）／（Ve＋Vf）の演算を演算プロセツサー
26が行うことにより、被測定物５上の光スポツト６まで
の距離が測定される。次に、受光量検出回路29は、２信
号Vc，Vdの和がPSD8の受光量に比例することから、Vc＋
Vdの演算により、PSD8の受光量検出を行ない、受光量レ
ベル信号32を、光源出力制御回路30及び出力回路31に出
力する。光源出力制御回路30は、PSD8の受光量レベル信
号32が一定になるように、光源出力にフイードバツク制
御をかける光源駆動レベル信号33を光源駆動回路１及び
出力回路31に出力する。このフイードバツク制御によ
り、PSD8の受光量を一定に保ち、演算鮮度が被測定物５
の種類・表面状態・色または光学系と被測定物５との距
離及び投光軸４と被測定物５が成す立体角の変化などで
変動しないように制御する。一方、光源駆動レベル信号
33は、上述した各状態変化によるPSD8の受光量変動を打
ち消すように出力される制御量であるから、この光源駆
動レベル信号33を出力することにより、上述した各状態
変化を知ることができる。出力回路31により、変位の演
算値信号27,判別データ信号41,受光量レベル信号32及び
光源駆動レベル信号33を、出力タイミングパルス信号42
に同期させて測定結果信号43を出力することにより、１
つの変位の測定結果に対し、従来得られなかつた計測情
報を得ることができ、計測状態が分かる。例えば、第４
図に示すように、被測定物５の形状を測定する場合、変
位データ信号47に何ら変化を生じないような部分でも、
被測定面上の散乱光特性に変化があれば、計測データ信
号46により、その度合を測定できる。また、第５図に示
すように、斜面を測定するような場合でも、被測定物５
の傾きの変化を計算データ信号46により、検出できる。
位の測定方法を述べると、点灯タイミングパルス信号34
に同期して点灯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、被測定物５上に光スポツト６とし
て投射され、その散乱光の一部は受光レンズ７によりPS
D8上に結像し、PSD8から出力される１対の電流信号は、
前置増幅器9a,9b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１対の信号Vc，V
dとなる。これらの２信号Vc，Vdは、信号切換器23,サン
プルホールド24,A/D変換器25及び演算プロセツサー26に
よつて、それぞれのピークツーピーク値Ve，Vfが求めら
れ、（Ve−Vf）／（Ve＋Vf）の演算を演算プロセツサー
26が行うことにより、被測定物５上の光スポツト６まで
の距離が測定される。次に、受光量検出回路29は、２信
号Vc，Vdの和がPSD8の受光量に比例することから、Vc＋
Vdの演算により、PSD8の受光量検出を行ない、受光量レ
ベル信号32を、光源出力制御回路30及び出力回路31に出
力する。光源出力制御回路30は、PSD8の受光量レベル信
号32が一定になるように、光源出力にフイードバツク制
御をかける光源駆動レベル信号33を光源駆動回路１及び
出力回路31に出力する。このフイードバツク制御によ
り、PSD8の受光量を一定に保ち、演算鮮度が被測定物５
の種類・表面状態・色または光学系と被測定物５との距
離及び投光軸４と被測定物５が成す立体角の変化などで
変動しないように制御する。一方、光源駆動レベル信号
33は、上述した各状態変化によるPSD8の受光量変動を打
ち消すように出力される制御量であるから、この光源駆
動レベル信号33を出力することにより、上述した各状態
変化を知ることができる。出力回路31により、変位の演
算値信号27,判別データ信号41,受光量レベル信号32及び
光源駆動レベル信号33を、出力タイミングパルス信号42
に同期させて測定結果信号43を出力することにより、１
つの変位の測定結果に対し、従来得られなかつた計測情
報を得ることができ、計測状態が分かる。例えば、第４
図に示すように、被測定物５の形状を測定する場合、変
位データ信号47に何ら変化を生じないような部分でも、
被測定面上の散乱光特性に変化があれば、計測データ信
号46により、その度合を測定できる。また、第５図に示
すように、斜面を測定するような場合でも、被測定物５
の傾きの変化を計算データ信号46により、検出できる。
なお、上記実施例では光源出力制御回路30がその出力で
ある光源駆動レベル信号33を出力回路31に出力するもの
を示したが、光源駆動レベル信号33そのものを直接出力
せずに、半導体レーザー２に通ずる電流を検知して出力
回路31に出力しても上記実施例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では出力回路31を用いたが、出力回路
制御パルス信号39に同期して、演算値信号27,受光量レ
ベル信号32,光源駆動レベル信号33及び判別データ信号4
1を直接出力しても良い。
ある光源駆動レベル信号33を出力回路31に出力するもの
を示したが、光源駆動レベル信号33そのものを直接出力
せずに、半導体レーザー２に通ずる電流を検知して出力
回路31に出力しても上記実施例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では出力回路31を用いたが、出力回路
制御パルス信号39に同期して、演算値信号27,受光量レ
ベル信号32,光源駆動レベル信号33及び判別データ信号4
1を直接出力しても良い。
以上のように、この発明によれば、変位の測定結果の他
に光源駆動レベル信号33を出力することにより、被測定
物５と投光軸４とが成す立体角の変化や被測定物５の表
面状態・材質・色の変化を、PSD8への受光量を一定に制
御しつつ検出でき、また受光量レベル信号32を合わせて
出力するので、必要に応じ、PSD8への入射受光量が一定
に保てなくなつた場合にも、任意の測定限界判断で測定
できる光変位計が得られる効果がある。さらに光源出力
制御回路は、受光量検出回路の受光レベル信号に応じて
即座に光源駆動回路に光源駆動レベル信号を送出するの
で、応答性良くPSD8の受光量に応じて光源の光度を制御
することができ、この発明のように逐次被測定物が相対
的に移動するものであっても適応できる効果がある。
に光源駆動レベル信号33を出力することにより、被測定
物５と投光軸４とが成す立体角の変化や被測定物５の表
面状態・材質・色の変化を、PSD8への受光量を一定に制
御しつつ検出でき、また受光量レベル信号32を合わせて
出力するので、必要に応じ、PSD8への入射受光量が一定
に保てなくなつた場合にも、任意の測定限界判断で測定
できる光変位計が得られる効果がある。さらに光源出力
制御回路は、受光量検出回路の受光レベル信号に応じて
即座に光源駆動回路に光源駆動レベル信号を送出するの
で、応答性良くPSD8の受光量に応じて光源の光度を制御
することができ、この発明のように逐次被測定物が相対
的に移動するものであっても適応できる効果がある。
第１図は従来の光変位計を示すブロツク図、第２図はこ
の発明の一実施例による光変位計を示すブロツク図、第
３図はこの発明の一実施例による出力データの説明図、
第４図，第５図は測定例の説明図である。 １……光源駆動回路、２……半導体レーザー、３……投
光レンズ、４……投光光軸、５……被測定物、６……光
スポツト、７……受光レンズ、８……半導体位置検出素
子（PSD）、9a,9b……前置増幅器、22a,22b……交流増
幅器、23……信号切換器、24……サンプルホールド回
路、25……A/D変換器、26……演算プロセツサー、27…
…演算値信号、28……タイミングパルス発生回路、29…
…受光量検出回路、30……光源出力制御回路、31……出
力回路、32……受光量レベル信号、33……光源駆動レベ
ル信号、34……点灯タイミングパルス信号、35……信号
切換器制御パルス信号、36……サンプルホールド制御パ
ルス信号、37……A/D変換器制御パルス信号、38……演
算プロセツサー制御パルス信号、39……出力回路制御パ
ルス信号、40……受光量判別回路、41……判別データ信
号、42……出力タイミングパルス信号、43……測定結果
信号。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
の発明の一実施例による光変位計を示すブロツク図、第
３図はこの発明の一実施例による出力データの説明図、
第４図，第５図は測定例の説明図である。 １……光源駆動回路、２……半導体レーザー、３……投
光レンズ、４……投光光軸、５……被測定物、６……光
スポツト、７……受光レンズ、８……半導体位置検出素
子（PSD）、9a,9b……前置増幅器、22a,22b……交流増
幅器、23……信号切換器、24……サンプルホールド回
路、25……A/D変換器、26……演算プロセツサー、27…
…演算値信号、28……タイミングパルス発生回路、29…
…受光量検出回路、30……光源出力制御回路、31……出
力回路、32……受光量レベル信号、33……光源駆動レベ
ル信号、34……点灯タイミングパルス信号、35……信号
切換器制御パルス信号、36……サンプルホールド制御パ
ルス信号、37……A/D変換器制御パルス信号、38……演
算プロセツサー制御パルス信号、39……出力回路制御パ
ルス信号、40……受光量判別回路、41……判別データ信
号、42……出力タイミングパルス信号、43……測定結果
信号。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 学 長崎県長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株 式会社長崎製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−87486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−27005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−44809（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】三角測量の原理を利用し被測定物の３次元
形状を計測する光変位計において、前記被測定物までの
距離を測定するように配置された光学系と、前記光学系
の光源としての半導体レーザを駆動する光源駆動回路
と、前記被測定物の位置を検出する半導体位置検出素子
を設け、該半導体位置検出素子の位置検出信号を増幅す
る交流増幅器と、前記交流増幅器の出力信号を切換えて
サンプルホールド回路に入力する信号切換器と、前記サ
ンプルホールド回路の出力をA/D変換器でA/D変換して、
デジタル化された信号を演算処理する演算プロセッサ
と、前記演算プロセッサ、光源駆動回路、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、前記交流増幅器の
出力信号に応じて受光レベル信号を送出する受光量検出
回路と、前記受光量検出回路の受光レベル信号に応じて
即座に前記光源駆動回路に光源駆動レベル信号を送出す
る光源出力制御回路と、前記受光量検出回路の受光レベ
ル信号に応じて判別データを送出する受光量判別回路
と、前記演算プロセッサの演算値信号、前記制御パル
ス、前記受光レベル信号、前記判別データ信号及び前記
光源駆動レベル信号を入力し、出力タイミングパルス信
号及び測定結果出力を送出する出力回路とを備え、上記
出力タイミングパルス信号及び測定結果出力に応じて、
前記被測定物と投光軸とが成す立体角の変化及び前記被
測定物の表面状態・材質・色の変化を検出することを特
徴とする光変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59081915A JPH0746052B2 (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 光変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59081915A JPH0746052B2 (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 光変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60227112A JPS60227112A (ja) | 1985-11-12 |
| JPH0746052B2 true JPH0746052B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=13759743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59081915A Expired - Lifetime JPH0746052B2 (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 光変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746052B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62184320A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | プレスマ−ク検出装置 |
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Family Cites Families (3)
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-
1984
- 1984-04-25 JP JP59081915A patent/JPH0746052B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60227112A (ja) | 1985-11-12 |
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