JPH0792387B2

JPH0792387B2 - 距離検出器

Info

Publication number: JPH0792387B2
Application number: JP2117906A
Authority: JP
Inventors: 千代春堀口; 更治市江
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0413917A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、被測定物上に照射された光の反射光を受光す
ることによって、被測定物上における照射位置までの距
離情報を得るための距離検出器に関するものである。

〔従来の技術〕

三角測量法を用いた距離検出器において被測定物上の反
射強度のムラや、被測定物の縁部に照射ビームの一部が
当たっている時に生じる受光スポット光の重心位置のズ
レによる距離検出誤差を補正する方法として、特開昭62
-38614に記載の光ファイバー方式が提案されている。こ
の方法ではシールドケーブル等の電気ケーブルを用いる
必要がないため、耐ノズル性が向上し、距離検出誤差を
補正することができるが、光ファイバーの各構成ブロッ
クとの配設が十分単純化されず、また、分解能も十分に
向上されない。

一方、特開昭59-158029には３眼方式（投光１眼、受光
２眼）による距離検出器が提案されており、その原理を
第５図に示す。

光源１と投光レンズ２、被測定物３は一直線上に配置さ
れ、投光レンズ２の光軸に光学対称となるように、受光
レンズ10、11が設置されている。さらに、位置検出用受
光素子15、16が各々、投光手段の側方に位置して設けら
れている。

発光点ｌの光束は、投光レンズ２により被測定物３上に
スポット光として照射される。ここで、被測定物におけ
る照射部に反射率のムラがある場合、即ち、同図の照射
部において、下側の反射率が高い時、反射光の重心位置
は下側に移動する。よって、この時の重心位置からの光
束は点線で示す光路で、受光レンズ10、11により、位置
検出用受光素子15、16の受光面に集光される。これに対
して、被測定物３における照射部が均一な反射率を有し
ている場合、この被測定物からの反射光は実線で示され
る光路をたどり、受光レンズ10、11によって位置検出用
受光素子15、16の受光面に集光されることになる。とこ
ろが、位置検出用受光素子15、16の信号取り出し電極の
結線を同図に示す如く、投光レンズ２の光軸側と反対側
で結線することにより、点線及び実線で示される重心位
置のズレが自動的に補正される。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図に示す２つの位置検出用受光素子15及び16を投光
レンズの光軸に対して軸対称の位置に調整する場合、完
全に特性の揃った２個の受光素子を選別し、それととも
に被測定物３には反射率の均一なものを用いなければな
らない。また、同図の結線をする際には、まず片方の位
置を調整してから、もう一方の位置調整を行う必要があ
る。従って組み立て調整が複雑になるという問題があっ
た。

また、光源に発光ダイオードまたは半導体レーザーを用
いるため、これを大きなドライブ電流で変調駆動する
と、ノイズ発生源となる。２つの位置検出用受光素子
は、このノイズ発生源を挟んで配置され、これをシール
ドケーブルにて接続することになるので、ノイズに弱く
なるという問題があった。

本発明の課題は、このような問題点を解消することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る距離検出器は、被測定物に光ビームを投光
する投光手段と、被測定物に光ビームを投光する投光手
段と、投光手段の投光軸を中心として光学対称に設置さ
れ、投光軸を含む所定の基準平面に沿って被測定物から
投光軸と軸対象方向に反射した光ビームをそれぞれ基準
平面に沿って反射させる第１及び第２のミラーと、第１
及び第２のミラーで反射した光ビームの光路上に、投光
軸を中心として光学対称に設置され、第１及び第２のミ
ラーで反射した光ビームをそれぞれ基準平面と垂直に反
射させる第３及び第４のミラーと、第３及び第４のミラ
ーで反射した光ビームの光路上に受光面が基準平面と平
行になるように配置され、投光軸と平行な方向の光ビー
ムの入射位置を検出する単一の位置検出用受光素子を有
し、この位置検出用受光素子の出力により、被測定物ま
での距離を検出する距離検出手段とを備えることを特徴
とするものである。

〔作用〕

本発明によれば、被測定物に照射する光ビームに対し、
光学対称に設置された受光用光学系を用いて、単一の位
置検出用受光素子の受光面上に集光パターンを結像する
事ができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、第１の実施例の構成を示す斜視図である。光
源１の前方には投光レンズ２が設置され、光ビームを投
光する投光手段が構成される。被測定物からの反射光の
うち、光ビームに対して軸対称方向に反射された光を検
出光として受光できるように、第１のミラー４と第２の
ミラー５が対称な位置に設置されている。これら第１の
ミラー４と第２のミラー５は互いに対称な方向に向き合
っており、これら検出光の光路には第３のミラー６と、
第４のミラー７が配置されている。さらに、これら第３
のミラー６と第４のミラー７とについても互いに対称な
方向に向き合って、入射光即ち検出光を同一方向に反射
するようになっており、これらミラー６、７と、位置検
出用受光素子９との間には、検出光を受光面９上に集光
できるように、単一の受光レンズ８が設置されている。
なお、位置検出用受光素子には、浜松ホトニクス（株）
の一次元用PSD S1662を用いることができる。

次に、上記実施例に係る装置の作用の説明をする。

光源ｌからの発光光束は投光レンズ２により集光され、
有限の径を持つ集光光束で被測定物３を照射する。被測
定物３からの反射光束は、投光レンズ２の光軸に対して
軸対称な位置に配置された第１のミラー４及び第２のミ
ラー５により反射され、さらに、第３のミラー６及び第
４のミラー７により反射され、検出光として受光レンズ
８の入射瞳に入射される。

ここで、被測定物３上に照射されて形成された反射輝度
パターンをSP₀とすると、これが２次光源となり、受光
レンズ８により、位置検出用受光素子９の受光面上に２
つの集光パターンとして、SP₁，及びSP₂が形成される。
同図において、被測定物３が距離検出器に近づくと、位
置検出用受光素子９の受光面に集光されたスポット光SP
₁及びSP₂は光電流I_Aを取り出す電極側に移動し、反対に
遠ざかると光電流I_Bを取り出す電極側に移動する。この
ため光電流I_A及びI_Bにより、被測定物までの距離を検出
することが可能になる。

被測定物３において、同図に示される如く、右側半分が
黒く、左側半分が白い場合、反射輝度パターンSP₀は右
半分の輝度が低く、左半分の輝度が高くなる。この反射
輝度パターンSP₀からの光束を受光レンズ８によって、
位置検出用受光素子９の受光面上に集光させた２つのパ
ターンSP₁及びSP₂は、やはり、片半分が明るく、もう片
半分が暗くなっている。しかし、第１のミラー４及び第
３のミラー６の光路を経て、受光レンズ８によって形成
されたパターンSP₁の明暗部を見ると、光電流I_Aを取り
出す電極側が明るく光電流I_Bを取り出す電極側が暗くな
っているのに対して、第２のミラー５及び第４のミラー
７の光路を経て、受光レンズ８によって形成されたパタ
ーンSP₂の場合は、光電流I_Aを取り出す電極側が暗く、
光電流I_Bを取り出す電極側が明るくなっている。このた
め、光電流I_A及びI_Bの値を用いて距離検出手段で処理す
ることにより、パターンSP₁及びSP₂の重心位置のズレが
補正されて合成され、被測定物までの正確な距離が検出
される。さらに、パターンSP₁及びSP₂は単一の位置検出
用受光素子上に各々集光されるため、自動的に距離検出
できる。

第２図は、位置検出用受光素子の上面図である。ここ
で、光電流I_AおよびI_Bを取り出す電極をそれぞれT_Aおよ
びT_Bとする。同図に拡大して示される位置検出用受光素
子の受光面上において、左側の集光パターンSP₁は、上
半分が明るく下半分が暗くなっているため、その集光照
度の重心は円の中心よりも上側にシフトしてしまう。一
方、右側の集光パターンSP₂においては、集光照度の重
心位置が下側にシフトする。この２つの集光パターンSP
₁及びSP₂における集光照度の合成重心位置は２点鎖線で
示される円の中心位置となり、各集光パターンSP₁およ
びSP₂における集光照度の重心位置のズレは補正される
ことになる。実際に、第１図に示す第３のミラー６と第
４のミラー７の傾き角を変化させ、受光レンズ８に向か
う２つの光路が２点鎖線で示されるように平行に設定す
ると、２つの集光パターンSP₁及びSP₂が重なり合い、第
２図の２点鎖線で示される円の位置に集光照度が均一な
パターンが出現する。これにより、被測定物までの正確
な距離を検出することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例を示す。

第３図は、その第２の実施例の構成を示す斜視図であ
る。ここでは、第１図で示されている受光レンズ８の代
わりに第１の受光レンズ10及び第２の受光レンズ11が用
いられ、それぞれ、第１のミラー４及び第２のミラー５
と第３のミラー６及び第４のミラー７との間の光路中に
設置されている。この構成でも、第１図に示す光学系と
同様の効果を得る事ができる。また、第１の受光レンズ
10及び第２の受光レンズ11を第１のミラー４及び第２の
ミラー５の外側に設置しても同様の効果が得られる。

第４図は本発明における第３の実施例に構成を示す斜視
図である。この第３の実施例においては、第１図及び第
３図に示す第１のミラー４及び第２のミラー５の代わり
に第１の凹面鏡12及び第２の凹面鏡13が設置され、第３
のミラー６及び第４のミラー７の代わりにプリズムミラ
ー14が配置されている。第１及び第２の凹面鏡12、13に
よって、被測定物３上の反射輝度パターンSP₀からの光
束はプリズムミラー14の２つの反射面を介して直接位置
検出用受光素子９の受光面上に集光される。よって、透
過型の受光レンズが不要となり、より単純な構造の距離
検出器が実現できる。なお、プリズムミラー14の反射面
を凹面としても良い。

〔発明の効果〕

本発明の距離検出器によれば、被測定物上の反射ムラに
よると、位置検出用受光素子上におけるスポット光の重
心位置のズレ、または照射光束の一部が被測定物の縁部
に当たっているときの同様のズレによる測定距離誤差
を、より単純な構成を用いて雑音を伴うことなく補正で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る距離検出器の構成を
示す斜視図、第２図は位置検出用受光素子の上面図、第
３図は本発明の第２の実施例に係る距離検出器の構成を
示す斜視図、第４図は本発明の第３の実施例に係る距離
検出器を示す斜視図、第５図は従来技術を用いた距離検
出器の構成図である。１……光源、２……投光レンズ、３……被測定物、４…
…第１のミラー、５……第２のミラー、６……第３のミ
ラー、７……第４のミラー、８……受光レンズ、９……
位置検出用受光素子、10……第１の受光レンズ、11……
第２の受光レンズ、12……第１の凹面鏡、13……第２の
凹面鏡、14……プリズムミラー、15……第１の位置検出
用受光素子、16……第２の位置検出用受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に光ビームを投光する投光手段
と、前記投光手段の投光軸を中心として光学対称に設置さ
れ、前記投光軸を含む所定の基準平面に沿って前記被測
定物から前記投光軸と軸対象方向に反射した光ビームを
それぞれ前記基準平面に沿って反射させる第１及び第２
のミラーと、前記第１及び第２のミラーで反射した光ビームの光路上
に、前記投光軸を中心として光学対称に設置され、前記
第１及び第２のミラーで反射した光ビームをそれぞれ前
記基準平面と垂直に反射させる第３及び第４のミラー
と、前記第３及び第４のミラーで反射した光ビームの光路上
に受光面が前記基準平面と平行になるように配置され、
前記投光軸と平行な方向の光ビームの入射位置を検出す
る単一の位置検出用受光素子を有し、この位置検出用受
光素子の出力により、被測定物までの距離を検出する距
離検出手段とを備えることを特徴とする距離検出器。
【請求項２】前記投光手段は、光源及びその前方に位置
する投光レンズを有し、前記第３及び第４のミラーと前
記距離検出手段の間の光路上には、前記第３及び第４の
ミラーで反射した光ビームを前記受光面に集光させる受
光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１記
載の距離検出器。
【請求項３】前記投光手段は、光源及びその前方に位置
する投光レンズを有し、前記第１及び第２のミラーと前
記第３及び第４のミラーとのそれぞれの間の光路上に
は、前記第１及び第２のミラーで反射した光ビームを前
記受光面に集光させる第１及び第２の受光レンズが各々
設けられていることを特徴とする請求項１記載の距離検
出器。
【請求項４】前記投光手段は、光源及びその前方に位置
する投光レンズを有し、前記第１及び第２のミラーまた
は第３及び第４のミラーは反射面が凹面に形成され、前
記第３及び第４のミラーで反射した光ビームが前記受光
面に集光されることを特徴とする請求項１記載の距離検
出器。