JPH08338872A - 距離測定方法及びその装置 - Google Patents

距離測定方法及びその装置

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JPH08338872A JP8147162A JP14716296A JPH08338872A JP H08338872 A JPH08338872 A JP H08338872A JP 8147162 A JP8147162 A JP 8147162A JP 14716296 A JP14716296 A JP 14716296A JP H08338872 A JPH08338872 A JP H08338872A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、測定機器と物体との間の距離を測
定する方法及びその装置に関する。 【解決手段】 本発明の測定装置において、測定路を移
動する光信号は、移相を受ける。この移相を、発振回路
での周波数変化に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、送信機及び受信機
を有する測定装置と物体との間の距離を検出する方法に
関する。この方法においては、光信号などの変調信号が
送信機によって発せられ、この信号が物体によって反射
され、反射された信号が受信機によって受信されて測定
装置内で評価される。受信された信号は、測定路におけ
る光通過時間に応じて送られた信号に対する位相変化を
受けているものである。
【0002】さらに、本発明は、上記方法を実行する装
置及びその好ましい用途に関する。
【0003】
【従来の技術】距離を測定する周知の方法及び装置にお
いて、送信信号と受信信号との位相変化が、検出すべき
距離を算出するために使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】故に、生じた移相の絶
対値を測定する必要があり、この測定を実行する方法や
装置は、比較的複雑で高価であった。本発明の目的は、
低価格で簡単に行うことのできる距離測定方法及びその
装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも送
信機、測定路、受信機、移相のあるフィルタ素子が、発
振回路を形成し、発振回路の発振周波数が、測定路にお
ける信号通過時間の関数となって、送信される変調信号
に印加され、検出する距離は発振回路の周波数や周期か
ら判明する測定装置を開示する。
【0006】本発明の方法を実行する際、発振回路に、
測定装置の送信機に印加される共振周波数が供給され、
故に、変調光信号などの変調信号の送信が開始され、変
調信号の変調周波数は、発振回路の共振周波数と同一に
なる。測定路における信号走行時間や光走行時間により
生じた送信信号に対する位相のズレを有する受信信号
が、本発明により用いられてフィルタ素子に入力され
る。このように、発振回路の共振周波数が、生じた移相
に依存して変化することになる。この関係から、発振回
路の共振周波数は距離の測定値を表す。
【0007】本発明により、送信機と測定路と受信機と
フィルタ素子とは、フィードバックする閉じたシステム
を形成し、このシステムの発振周波数は、測定路の長さ
や測定すべき距離に依存して変化する。従って、本発明
により、距離を、周波数や周期の簡単な測定により低価
格で測定することができ、この周波数や周期の簡単な測
定は、従来の位相測定法や装置と比較すると、かなり低
価格で、且つ構成が簡単になっている。本発明の方法を
利用して、距離測定が、従来よりもかなり低価格且つ簡
単に行うことができる。
【0008】フィルタ素子は、システムに関係する信号
通過時間や光通過時間に対して線形測定範囲や線形位相
特性を示すように動作することが好ましい。この場合、
発振回路の共振周波数と、測定すべき距離や測定路の長
さとは、正比例する。また、基準測定によって目的の間
隙に対する発振周波数の関数を測定することと、この関
数を記憶してこの関数によって発振周波数から距離や間
隙を算出することも可能になる。
【0009】フィルタ素子は、急勾配の位相特性を有す
ることが好ましい。なぜならば、位相特性の勾配が増加
すると、距離測定における精度も増大するからである。
この関係から、例えば4次から8次のフィルタとして
(as a filter of the fourthto eight order)フィル
タ素子を設計することに気付く。本発明の方法の好まし
い実施例において、発振回路の周波数は、ミキシングに
よって減らされて、次に発振回路の周波数や周期を測定
する。このように、減らされた周波数は、発振回路の実
際の周波数よりも簡単な手段で測定することができる。
共振周波数の低下ミキシングは、この場合、送信機と測
定路と受信機とフィルタ素子とからなるクローズシステ
ムの外側に配置された素子によって行われ、低下ミキシ
ングの手順は、閉回路、すなわちクローズシステムに存
在する信号に何等影響しない。
【0010】距離測定の測定プロセスを行う前に、基準
測定が通常行われる。この基準測定において、全システ
ムは、例えば測定範囲の2分の1に相当する距離で較正
される。このように、測定結果を歪める不要な温度や経
時変化の影響を除去することができる。本発明の方法
は、自動焦点機能が一体化されたコードリーダにおいて
特に有効に使用することができる。なぜならば、この場
合、コードが付された物体から反射されて受信機によっ
て受信された信号は、フィルタ素子に入力されるととも
に、コード識別にも用いることができるからである。こ
の場合、従来のコードリーダに、周波数測定用に、わず
か数個の部品、実質的にはフィルタ素子のみを追加すれ
ば良い。これは、コードリーダの送信機及び受信機が、
本発明の方法のために使用される場合、上記の2つの機
能を果たすことができるので、コードリーダによって送
信され受信された信号は、フィルタ素子に入力されると
ともにコードの識別に対しても用いられるのである。
【0011】コードリーダにおいて本発明の方法を使用
する際、受信された光信号を、2つの成分、すなわちコ
ードを測定するために使用される成分と、距離を測定す
るための成分とに分ける必要がある。これらの2つの信
号成分は、周波数帯域が異なるので、信号成分の分離
は、適宜のフィルタ素子によって行われる。
【0012】
【実施例】本発明を、好ましい実施例に基づき説明す
る。図1に示す回路は、制御回路1によって動作される
半導体レーザ2などの送信機を有する。半導体レーザ2
は、測定路3に変調光ビームを送る。光ビームは、測定
路3の端部に配置された物体4によって反射されて、測
定路3を介して、受光機5などの受信機に達する。
【0013】物体4には、半導体レーザ2から発せられ
た光ビームによってスキャンされるコードが付けられて
いる。受光機5によって生成された信号は、受光回路7
に供給される。受光回路7の出力信号は、検知すべきコ
ード6を測定する回路8に供給されるとともに、複数の
素子グループからなる回路に供給されて、半導体レーザ
2または受光機5と物体4との距離を検出する。
【0014】受光回路7によって出力された信号は、例
えば、バンドパスフィルタに相当するものを設けること
によって、2つの異なる信号、すなわちコード測定用の
信号と距離測定用の信号とに分けられる。一般に、コー
ド測定に適した信号成分の周波数は低周波数帯域にあ
り、距離測定に適した信号成分は例えば高周波数帯域に
ある。フィルタに相当するものを設けることによって、
上記2つの信号成分は、受光回路7の出力信号から簡単
に抽出することができる。
【0015】図1に示す実施例において、距離測定に適
した信号を抽出するバンドパスフィルタ9に、受光回路
7の出力信号が入力される。バンドパスフィルタ9によ
って出力された信号は、位相訂正回路10に供給され
る。位相訂正回路10は、全回路の各部品の帯域制限や
位相シフトの影響を補償するために設けられている。さ
らに、位相訂正回路10の出力部に現れる信号は、測定
路3における光通過時間によってもたらされる位相のズ
レ、すなわち移相を有し、この位相のズレは測定する距
離に固有である。
【0016】さらに、測定範囲の2分の1に相当する距
離に対する距離測定装置の較正は、訂正回路10を介し
て、この回路の簡単な調整によって製造プロセスにおい
て実行される。位相訂正回路10の出力部は増幅器11
に接続され、増幅器11の出力は、移相特性や周波数特
性を有するフィルタ素子12に入力される。
【0017】フィルタ素子12の出力信号は、非線形増
幅器13に供給される。この増幅器は、半導体レーザ2
の制御のために制御回路1に供給される限定された振幅
の出力信号を利用できるようにする対数関数的な特性を
有する。このように、半導体レーザ2を制御する信号の
振幅は、受光機5によっ出力される信号の振幅とは互い
に独立であることを保証している。
【0018】なお、2つの増幅器11,13は、閉回路
において他の場所に配置することもでき、または、増幅
器11,13の増幅機能を組み合わせて単一の増幅素子
にすることもできる。訂正回路網、すなわち訂正ネット
ワーク14は、非線形増幅器13と制御回路1との間に
接続されるのが好ましく、訂正回路網14は、非線形増
幅器13によって供給される信号に正弦波波形を印加し
て、制御回路1の正確な位相制御を保証している。
【0019】上述の素子、すなわち、半導体レーザ2、
測定路3、受光機5、受光回路7、バンドパスフィルタ
9、位相訂正回路10、増幅器11、フィルタ素子1
2、非線形増幅器13、訂正回路網14、制御回路1
は、閉じたフィードバック結合システム(closed feedb
ack-coupled system)、すなわち発振回路を構成する。
この回路において、測定路3における光通過時間が異な
ると、受光機5によって出力される信号の位相が変化
し、この位相の変化が、発振回路において変換されて周
波数の変化になる。
【0020】この周波数の変化は、適宜の評価回路15
によって低価格で簡単な構成の電子工学素子で測定する
ことができる。評価回路15の入力部に、非線形増幅器
13の出力信号が供給される。評価回路15は、上記閉
じたシステムには含まれないが、供給された入力信号の
周波数測定、または周期の測定に用いることができる。
【0021】前述のフィルタ素子12は、位相特性の線
形領域で動作することが好ましいので、周波数変化への
移相の正比例変換が起こる。位相のズレ、すなわち移相
は、測定する距離や測定路における光通過時間の測定値
を表しているので、測定する距離は、発振回路の周波数
や周期から簡単に導き出すことができる。非線形増幅器
13の出力信号の周波数の混合、すなわちミキシングを
減らす回路を、非線形増幅器13と評価回路15との間
で、且つクローズシステム、すなわち閉じたシステムの
外側に設けることもできる。この場合、見いだすべき周
波数も、簡単且つ低価格の装置や方法で測定することが
できる。
【0022】評価回路15によって測定された周波数や
周期は、次の演算回路16に供給される。演算回路16
は、周波数または周期から、半導体レーザ2または受光
機5と物体4との間の距離を算出する。図1に示すコー
ドリーダは、制御回路1、半導体レーザ2、受光機5、
受光回路7によって、コード測定に必要な信号を生成す
るとともに距離測定に必要な信号を生成することの両機
能を、従来のコードリーダのように倍の部品を備えるこ
となく果たすことを効果として有する。
【0023】測定範囲の2分の1に相当する距離での上
記基準測定は、各測定プロセスが行われる前に行うこと
が好ましいが、例えば、回転自在なミラーホイールによ
って、発せられた光ビームがV字形の読み取り場所内部
に現れる基準マークを検知するなどの方法によって、コ
ードリーダによって行うこともできる。コードリーダの
内部に設けられた基準マークは、基準距離を定義して、
外部の目的の間隙を算出する基礎となる。このようにし
て、温度や経時変化の影響を排除することができる。
【0024】このように、本発明を、好ましい実施例に
基づき記載したが、当業者においては、本発明の請求項
から逸脱せずに本発明の形態や詳細を変形せしめること
ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】コードリーダに自動焦点機能が一体化された本
発明の方法を実行する装置の構成図を示す。
【符号の説明】
1 制御回路 2 半導体レーザ 3 測定路 4 物体 5 受光機 6 コード 7 受信回路 8 コード認識回路 9 バンドパスフィルタ 10 位相訂正回路 11 増幅器 12 フィルタ素子 13 非線形増幅器 14 訂正回路網 15 評価回路 16 演算回路

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信機(2)及び受信機(5)を有する
    測定装置と物体(4)との間の距離を検出する距離検出
    方法であって、 光信号を含む変調信号を送信機(2)によって送信する
    行程と、 変調信号が物体(4)によって反射された反射信号を受
    信機(5)によって受信して、測定路(3)における信
    号通過時間に応じて送信された変調信号に対して位相変
    化を受けている受信信号を測定装置において評価する行
    程と、を有し、 少なくとも送信機(2)と測定路(3)と受信機(5)
    と移相のあるフィルタ素子(12)とは、発振回路を構
    成し、 測定路における信号通過時間に応じた発振回路の周波数
    を送信変調信号に印加する行程と、 発振回路の周波数及び周期の少なくとも一方から前記距
    離を測定する行程と、をさらに有することを特徴とする
    距離検出方法。
  2. 【請求項2】 フィルタ素子(12)は、位相特性の線
    形領域で動作し、 または、目的の間隙に対する発振回路の発振周波数の関
    数は、1回の基準測定によって決められ、得られた関数
    は各測定プロセスに対して使用されることを特徴とする
    請求項1記載の距離検出方法。
  3. 【請求項3】 送信機(2)に入力される信号は、非線
    形増幅器(13)を含む増幅手段によって予め増幅され
    ていることを特徴とする請求項1記載の距離検出方法。
  4. 【請求項4】 信号が正弦波とされて送信機(2)に入
    力されることを特徴とする請求項1記載の距離検出方
    法。
  5. 【請求項5】 受信信号は、受信機(5)とフィルタ素
    子(12)との間で位相訂正を受けることを特徴とする
    請求項1記載の距離検出方法。
  6. 【請求項6】 基準測定は、測定範囲の2分の1に相当
    する距離で始められて測定プロセスに移行することを特
    徴とする請求項1記載の距離検出方法。
  7. 【請求項7】 発振回路の周波数及び周期の少なくとも
    一方を測定する前に、発振回路の周波数はミキシングに
    よって減らされることを特徴とする請求項1記載の距離
    検出方法。
  8. 【請求項8】 自動焦点機能が一体化されたコードリー
    ダにおいて使用され請求項1記載の距離検出方法の用途
    であって、 コード(6)を担持する物体(4)によって反射されて
    受信機(5)によって受信された信号は、フィルタ素子
    (12)に入力されるとともにコード認識用に使用され
    ることを特徴とする用途。
  9. 【請求項9】 変調信号を物体(4)の方向に送信する
    送信機(2)と物体(4)から反射された信号を受信す
    る受信機(5)とで測定装置と物体(4)との間隙を検
    出する測定装置であって、 少なくとも送信機(2)と測定路(3)と受信機(5)
    と移相のあるフィルタ素子(12)とによって発振回路
    を形成し、 送信機(2)は発振回路と一体化されて、その変調周波
    数は測定路における信号通過時間に依存する発振回路の
    周波数に相当し、 評価回路(15,16)が設けられて発振回路の周波数
    及び周期の少なくとも一方から距離を測定することを特
    徴とする測定装置。
  10. 【請求項10】 フィルタ素子(12)は、線形位相特
    性を少なくとも部分的に有することを特徴とする請求項
    9記載の測定装置。
  11. 【請求項11】 フィルタ素子(12)は、位相特性が
    急勾配で延在していることを特徴とする請求項9記載の
    測定装置。
  12. 【請求項12】 フィルタ素子(12)は、4次から8
    次のフィルタとして形成されていることを特徴とする請
    求項9記載の測定装置。
  13. 【請求項13】 非線形特性及び対数関数的特性の少な
    くとも一方を備えた増幅器が受信機(5)とフィルタ素
    子(12)との間に設けられていることを特徴とする請
    求項9記載の測定装置。
  14. 【請求項14】 非線形特性及び対数関数的特性の少な
    くとも一方を備えた増幅器がフィルタ素子(12)と送
    信機(2)との間に設けられていることを特徴とする請
    求項9記載の測定装置。
  15. 【請求項15】 正弦波を生成する訂正回路網(14)
    が、フィルタ素子(12)と送信機(2)との間、及び
    増幅器(13)と送信機(2)との間、の一方に設けら
    れていることを特徴とする請求項9記載の測定装置。
  16. 【請求項16】 位相訂正フィルタ(10)が受信機
    (5)とフィルタ素子(12)との間に設けられている
    ことを特徴とする請求項9記載の測定装置。
  17. 【請求項17】 評価回路(15,16)は、発振回路
    の周波数のミキシングを減らす周波数ミキシング段を有
    することを特徴とする請求項9記載の測定装置。
  18. 【請求項18】 請求項9記載の特徴を有し且つ自動焦
    点機能が一体化されたことを特徴とするコードリーダ。
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