JPH09127454A

JPH09127454A - 光走査制御信号生成回路、光変位測定装置および光電スイッチ

Info

Publication number: JPH09127454A
Application number: JP28757595A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akiyama; 雅彦秋山
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】リンギングやオーバーシュートを起こすこと
なく光ビームを対象物に等速でかつ安定に走査させる光
走査制御信号を生成することができ、しかも回路構成が
簡単な光走査制御信号生成回路を提供することである。【解決手段】光走査制御信号生成回路３は、クランプ
回路を備えた第１の積分回路３２および第２の積分回路
３３を含む。第１の積分回路３２は、正および負の電圧
に交互に変化する周期的な矩形波信号Ｓ２を積分すると
ともに所定のクランプ電圧でクランプすることにより、
正および負の電圧に交互に変化する台形状信号Ｓ３を出
力する。第２の積分回路３３は、台形状信号Ｓ３を積分
することにより頂部が放物曲線状に変化する三角波状の
光走査制御信号Ｓ４を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査制御信号生
成回路ならびにそれを用いた光変位測定装置および光電
スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の凹凸形状および寸法を測定するた
めに走査型の光変位測定装置が用いられている。光変位
測定装置は、対象物に光ビームを直線状に走査させるた
めの光走査装置を備え、対象物からの反射光を位置検出
素子（ＰＳＤ）や電荷結合素子（ＣＣＤ）で受光してそ
の受光データを解析することにより対象物の変位を検出
する。

【０００３】このような光走査装置では、図５に示すよ
うに、揺動モータ（図示せず）により正方向および逆方
向に交互に回動（揺動）するミラー５１で光ビーム５０
を反射し、対象物５２の表面に直線状の走査ビーム５３
を形成する。対象物５２に光ビームを往復走査させるた
めに、従来は、正弦波発振回路により発生された正弦波
信号を用いて光走査装置を駆動していた。

【０００４】光走査装置を正弦波信号により駆動した場
合、図６に示すように、単位時間当たりの光ビームの移
動距離が走査位置により変化する。すなわち、走査振幅
の頂点に近い位置では単位時間ｔ当たりの移動距離Ｘ１
が小さく、走査振幅の頂点から離れた位置では単位時間
ｔ当たりの移動距離Ｘ２が大きくなる。

【０００５】したがって、光走査装置を正弦波信号で駆
動した場合には、光ビームの走査速度が一定とならな
い。そのため、受光データの解析処理が複雑化するとい
う問題がある。

【０００６】一方、三角波信号で光走査装置を駆動する
と、図７に示すように、単位時間ｔ当たりの光ビームの
移動距離Ｘが走査位置にかかわらず等しくなり、光ビー
ムの走査速度が一定となる。そのため、受光データの解
析処理が容易になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、三角波
信号はその頂部で不連続に変化するので、走査速度およ
び走査方向が急激に変化する。それにより、図８に示す
ように、光ビームの走査にリンギングやオーバシュート
が発生し、正確な測定結果が得られないという問題があ
る。

【０００８】そこで、ダイオードクリップ回路およびロ
ーパスフィルタ回路を用いて三角波信号の頂部を曲線状
に整形することにより、図９に示すような光走査制御信
号を生成する光ビーム走査スキャナ駆動回路が提案され
ている。図９に示す光走査制御信号で光走査装置を駆動
した場合、光走査制御信号の頂部で走査速度および走査
方向が連続的に変化するので、光ビームの走査にリンギ
ングやオーバシュートが発生せず、光ビームが光走査制
御信号に追随して正確に走査される。また、頂部を除く
領域では走査振幅が直線状に変化しているので、光ビー
ムの走査速度が一定となる。

【０００９】しかしながら、上記の従来の光ビーム走査
スキャナ駆動回路では、三角波信号の頂部における波形
をコンデンサおよび抵抗からなるローパスフィルタ回路
で整形しているので、頂部で対称性を有する波形を得る
ことが困難である。このような波形の歪みにより光走査
装置の電流回路に負担がかかる。波形を対称に整形する
ためには、ローパスフィルタ回路のフィルタの次数（抵
抗およびコンデンサの段数）を高くする必要があり、回
路が複雑化する。

【００１０】本発明の目的は、リンギングやオーバーシ
ュートを起こすことなく光ビームを対象物に等速で走査
させる光走査制御信号生成することができ、しかも回路
構成が簡単な光走査制御信号生成装置ならびにそれを用
いた光変位測定装置および光電スイッチを提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る光走査制御信号生成回路は、光ビームの走査
に用いる光走査制御信号を生成する光走査制御信号生成
回路であって、正および負の電圧に交互に変化する周期
的な矩形波信号を積分するとともに所定の値の正および
負の電圧でクランプする第１の積分手段と、第１の積分
手段の出力信号を積分して光走査制御信号として出力す
る第２の積分手段とを備えたものである。ここで、クラ
ンプとは、信号の電圧を所定の範囲外に変化しないよう
にすることをいう。

【００１２】第２の発明に係る光走査制御信号生成回路
は、第１の発明に係る光走査制御信号生成回路の構成に
おいて、第２の積分手段から出力される光走査制御信号
の平均値が所定の基準レベルとなるように基準レベルか
らの平均値のずれを補償する第１の補償手段をさらに備
えたものである。

【００１３】第３の発明に係る光走査制御信号生成回路
は、第１または第２の発明に係る光走査制御信号生成回
路の構成において、第２の積分手段から出力される光走
査制御信号に位相進み補償を行う第２の補償手段をさら
に備えたものである。

【００１４】第４の発明に係る光走査制御信号生成回路
は、第１の発明に係る光走査制御信号生成回路の構成に
おいて、第１の積分手段が第１の演算増幅器、第１の抵
抗手段、第１の容量手段およびクランプ回路を含み、第
２の積分手段が第２の演算増幅器、第２の抵抗手段およ
び第２の容量手段を含むものである。ここで、クランプ
回路とは、信号の電圧を所定の範囲外に変化しないよう
にする回路をいう。

【００１５】第１の演算増幅器の一方の入力端子には矩
形波信号が第１の抵抗手段を介して与えられ、第１の演
算増幅器の他方の入力端子には基準電位が与えられ、第
１の演算増幅器の出力端子と第１の演算増幅器の一方の
入力端子との間に第１の容量手段およびクランプ回路が
並列に接続される。第２の演算増幅器の一方の入力端子
には第１の積分手段の出力信号が第２の抵抗手段を介し
て与えられ、第２の演算増幅器の他方の入力端子には基
準電位が与えられ、第２の演算増幅器の出力端子と第２
の演算増幅器の一方の入力端子との間に第２の容量手段
が接続される。

【００１６】第５の発明に係る光走査制御信号生成回路
は、第４の発明に係る光走査制御信号生成回路の構成に
おいて、第２の積分手段から出力される光走査制御信号
の平均値が所定の基準レベルとなるように基準レベルか
らの平均値のずれを補償する第１の補償手段をさらに備
えたものである。第１の補償手段は、第２の積分手段の
第２の演算増幅器の出力信号を積分して基準電位として
第２の演算増幅器の他方の入力端子に帰還する第３の積
分手段からなる。

【００１７】第６の発明に係る光走査制御信号生成回路
は、第４または第５の発明に係る光走査制御信号生成回
路の構成において、第２の積分手段から出力される光走
査制御信号に位相進み補償を行う第２の補償手段をさら
に備えたものである。第２の補償手段は、第２の積分手
段の第２の演算増幅器の出力端子に接続される微分手段
からなる。

【００１８】第７の発明に係る光変位測定装置は、第１
〜第６の発明のいずれかに係る光走査制御信号生成回路
と、光走査制御信号生成回路により生成される光走査制
御信号に基づいて対象物に光を走査させる光走査手段
と、対象物からの反射光を受光し、受光信号に基づいて
対象物の変位を検出する検出手段とを備えたものであ
る。

【００１９】第８の発明に係る光電スイッチは、第１〜
第６の発明のいずれかに係る光走査制御信号生成回路
と、光走査制御信号生成回路により生成される光走査制
御信号に基づいて対象物に光を走査させる光走査手段
と、対象物からの反射光を受光し、受光信号に基づいて
対象物の有無を検出する検出手段とを備えたものであ
る。

【００２０】第１〜第６の発明に係る光走査制御信号生
成回路においては、正および負の電圧に交互に変化する
周期的な矩形波信号が第１の積分手段により積分される
とともに所定の値の正および負の電圧でクランプされ
る。それにより、第１の積分手段からは正および負の電
圧に交互に変化する台形状の信号（以下、台形状信号と
呼ぶ）が出力される。台形状信号における立ち上がり部
分および立ち下がり部分の傾きは第１の積分手段の時定
数で決まり、立ち上がり期間および立ち下がり期間は第
１の積分手段の時定数およびクランプ電圧で決まる。

【００２１】そして、第１の積分手段から出力される台
形状信号が第２の積分手段により積分される。それによ
り、第２の積分手段から、頂部が放物曲線状に変化する
三角波状の光走査制御信号が出力される。光走査制御信
号の直線状の立ち上がり部分および立ち下がり部分の傾
きは第２の積分手段の時定数で決まる。

【００２２】このように、第１〜第６の発明に係る光走
査制御信号生成回路によれば、複雑な回路構成を用いる
ことなく、頂部で対称な曲線状に変化しかつ頂部を除く
領域では直線状に変化する光走査制御信号が得られる。
したがって、光ビームの走査においてリンギングやオー
バーシュートが発生せず、光走査制御信号の直線状の立
ち上がり期間および直線状の立ち下がり期間で光ビーム
が等速で安定に走査される。

【００２３】特に、第２の発明に係る光走査制御信号生
成回路においては、第２の積分手段から出力される光走
査制御信号の平均値が所定の基準レベルとなるように、
第１の補償手段により基準レベルからの平均値のずれが
補償される。したがって、第１の積分手段から出力され
る台形状信号の正のおよび負の一定電圧期間が等しくな
らない場合、台形状信号の正および負の一定電圧期間の
電圧レベルの絶対値が等しくならない場合、あるいは第
２の積分手段にオフセット電圧が存在する場合にも、光
走査制御信号の平均値が基準レベルに保たれる。その結
果、光走査制御信号の飽和が防止される。

【００２４】また、第３の発明に係る光走査制御信号生
成回路においては、第２の積分手段から出力される光走
査制御信号に第２の補償手段により位相進み補償が行わ
れる。それにより、電源投入時に光走査制御信号の平均
値が基準レベルの定常状態に安定するまでの時間が短縮
される。

【００２５】さらに、第４の発明に係る光走査制御信号
生成回路においては、第１の演算増幅器、第１の抵抗手
段および第１の容量手段により矩形波信号が積分されか
つ積分された信号がクランプ回路によりクランプされ
る。それにより、正および負の台形状部分においてそれ
ぞれ対称性を有する台形状信号が得られる。また、第２
の演算増幅器、第２の抵抗手段および第２の容量手段に
より台形状信号が積分される。それにより、正および負
の部分においてそれぞれ対称性を有する光走査制御信号
が得られる。

【００２６】また、第５の発明に係る光走査制御信号生
成回路においては、第２の積分手段の第２の演算増幅器
の出力信号が第３の積分手段により積分され、積分され
た信号が基準電位として第２の演算増幅器の他方の入力
端子に帰還される。それにより、第２の演算増幅器から
出力される光走査制御信号の平均値が基準レベルに保た
れる。

【００２７】また、第６の発明に係る光走査制御信号生
成回路においては、第２の演算増幅器の出力端子に接続
される微分手段により、光走査手段に位相進み補償が行
われる。それにより、電源投入時に光走査制御信号の平
均値が基準レベルの定常状態に安定するまでの時間が短
縮される。

【００２８】第７の発明に係る光変位測定装置において
は、第１〜第６の発明のいずれかに係る光走査制御信号
生成回路が用いられているので、リンギングやオーバー
シュートが発生することなく、光ビームが等速で安定に
走査される。その結果、正確な測定結果が得られる。

【００２９】第８の発明に係る光電スイッチにおいて
は、第１〜第６の発明のいずれかに係る光走査制御信号
生成回路が用いられているので、リンギングやオーバー
シュートが発生することなく、光走査制御信号の直線状
の立ち上がり期間および直線状の立ち下がり期間で光ビ
ームが等速で安定に走査される。その結果、正確な測定
結果が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例による光
変位測定装置の構成を示すブロック図である。

【００３１】図１において、信号処理部１は論理回路に
より構成され、レーザダイオード駆動回路２、光走査制
御信号生成回路３、シフト回路４およびスパン回路５を
制御する。駆動回路２は、信号処理回路１の制御に従っ
てレーザダイオード６を駆動する。それにより、レーザ
ダイオード６からレーザビームが出射される。

【００３２】一方、光走査制御信号生成回路３は、信号
処理部１から矩形波信号を受け、その矩形波信号に基づ
いて光走査制御信号を生成する。光走査制御信号はシフ
ト回路４およびスパン回路５を介して差動増幅器７の一
方の入力端子に与えられる。シフト回路４は、光走査制
御信号の平均値（直流レベル）を０Ｖから所望のオフセ
ット値だけシフトさせる場合に用いられる。また、スパ
ン回路５は、ゲインを変化させることにより光走査制御
信号の振幅を調整するために用いられる。

【００３３】制御回路８は、差動増幅器７から出力され
る制御信号に基づいて揺動モータ９の駆動コイル９ｂに
電流を供給する。この揺動モータ９は、駆動コイル９ｂ
に供給された電流に基づいてミラー９ａを正方向および
逆方向に回動させる。揺動モータ９には回動位置を検出
するための位置センサ９ｃが設けられている。位置セン
サ９ｃの位置検出信号は差動増幅器７の他方の入力端子
に与えられる。差動増幅器７は光走査制御信号と位置検
出信号との差を増幅して制御信号として制御回路８に与
える。これにより、ミラー９ａが光走査制御信号に追従
して正確に回動する。

【００３４】レーザダイオード６から出射されたレーザ
ビームは投光レンズ１０を通して回動するミラー９ａに
入射し、ミラー９ａにより反射されて対象物１１に投射
される。それにより、対象物１１の表面にレーザビーム
が直線状に走査される。

【００３５】対象物１１により反射されたレーザービー
ムは受光レンズ１２を通してＰＳＤ（位置検出素子）１
３により受光される。ＰＳＤ１３から出力される２つの
測定信号はそれぞれ増幅器１４ａ，１４ｂを介して信号
変換部１５に与えられる。信号変換部１５は、ＰＳＤ１
３からの２つの測定信号をそれぞれデジタル信号に変換
して測定データとして信号処理部１に与える。信号処理
部１は測定データに基づいて対象物１１の変位（走査方
向および厚さ方向の寸法）を算出する。

【００３６】なお、マイクロコンピュータ１６は、信号
処理部１に各種指令を与えるとともに変位算出のための
各種演算を行う。表示部１７は測定結果を表示する。本
実施例の光変位測定装置においては、レーザダイオード
駆動回路２、レーザダイオード６、制御回路８、揺動モ
ータ９および投光レンズ１０が光走査手段（光走査装
置）を構成する。また、受光レンズ１２、ＰＳＤ１３、
信号変換部１５および信号処理部１が検出手段を構成す
る。

【００３７】図２は図１に示される光走査制御信号生成
回路３の詳細な構成を示す回路図である。光走査制御信
号生成回路３は、電圧レベル変換回路３１、第１の積分
回路３２、第２の積分回路３３、平均値レベル補償回路
３４、帰還抑制回路３５および位相進み補償回路３６を
含む。

【００３８】入力端子Ｉ１には、図１の信号処理部１か
ら矩形波信号Ｓ１が与えられる。電圧レベル変換回路３
１は入力端子Ｉ１とノードＮ１との間に接続され、第１
の積分回路３２はノードＮ１とノードＮ２との間に接続
され、第２の積分回路３３はノードＮ２と出力端子Ｏ１
との間に接続されている。出力端子Ｏ１から光走査制御
信号が出力される。

【００３９】電圧レベル変換回路３１は、演算増幅器Ｏ
Ｐ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびコンデンサＣ
１，Ｃ２を含み、比較器を構成する。演算増幅器ＯＰ１
には＋１２Ｖの正の電源電圧および−１２Ｖの負の電源
電圧が供給される。

【００４０】第１の積分回路３２は、演算増幅器ＯＰ
２、抵抗Ｒ５、コンデンサＣ３およびツェナーダイオー
ドＤ１，Ｄ２を含む。ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２は
クランプ回路を構成する。ツェナーダイオードＤ１，Ｄ
２のツェナー電圧は５．１Ｖであり、順方向の内部電圧
は０．６Ｖである。

【００４１】演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子は抵抗Ｒ
５を介してノードＮ１に接続され、非反転入力端子は接
地電位に接続され、出力端子はノードＮ２に接続されて
いる。演算増幅器ＯＰ２の出力端子と反転入力端子との
間にはコンデンサＣ３が接続されている。また、コンデ
ンサＣ３と並列にツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の直列
回路が接続されている。ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２
は互いに逆向きに接続されている。

【００４２】第２の積分回路３３は、演算増幅器ＯＰ
３、抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ４を含む。演算増幅器
ＯＰ３の反転入力端子は抵抗Ｒ６を介してノードＮ２に
接続され、出力端子は出力端子Ｏ１に接続されている。
演算増幅器ＯＰ３の出力端子と非反転入力端子との間に
コンデンサＣ４が接続されている。

【００４３】平均値レベル補償回路３４は、演算増幅器
ＯＰ４、抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ５を含み、積分回
路を構成する。演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子は抵抗
Ｒ７を介して出力端子Ｏ１に接続され、非反転入力端子
は接地電位に接続されている。演算増幅器ＯＰ４の出力
端子は演算増幅器ＯＰ３の非反転入力端子に接続されて
いる。演算増幅器ＯＰ４の出力端子と反転入力端子との
間にコンデンサＣ５が接続されている。

【００４４】帰還抑制回路３５は、互いに逆向きに直列
に接続されたツェナーダイオードＤ３，Ｄ４からなる。
この帰還抑制回路３５はコンデンサＣ５と並列に接続さ
れている。ツェナーダイオードＤ３，Ｄ４のツェナー電
圧は２．０Ｖであり、順方向の内部電圧は０．６Ｖであ
る。

【００４５】位相進み補償回路３６は、抵抗Ｒ８および
コンデンサＣ６を含み、微分回路を構成する。抵抗Ｒ８
およびコンデンサＣ６は出力端子Ｏ１と演算増幅器ＯＰ
４の反転入力端子との間に直列に接続されている。

【００４６】なお、演算増幅器ＯＰ２〜ＯＰ４にも、演
算増幅器ＯＰ１と同様に、＋１２Ｖの正の電源電圧およ
び−１２Ｖの負の電源電圧が供給される（図示省略）。
本実施例では、第１の積分回路３２が第１の積分手段を
構成し、第２の積分回路３３が第２の積分手段を構成す
る。また、平均値レベル補償回路３４が第１の補償手段
を構成し、位相進み補償回路３６が第２の補償手段を構
成する。さらに、ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２がクラ
ンプ回路を構成する。また、０Ｖが基準レベル（基準電
位）に相当する。

【００４７】図３は図２の光走査制御信号生成回路３の
各部の信号波形図である。次に、図３の信号波形図を参
照しながら図２の光走査制御信号生成回路３の動作を説
明する。

【００４８】入力端子Ｉ１に与えられる矩形波信号Ｓ１
は、０Ｖおよび５Ｖに交互に変化する。電圧レベル変換
回路３１は、矩形波信号Ｓ１を所定のしきい値電圧と比
較し、矩形波信号Ｓ１の電圧レベルがしきい値電圧より
も低いときに＋１２Ｖを出力し、矩形波信号Ｓ１の電圧
レベルがしきい値電圧よりも高いときに−１２Ｖを出力
する。それにより、ノードＮ１に＋１２Ｖおよび−１２
Ｖに交互に変化する矩形波信号Ｓ２が出力される。

【００４９】第１の積分回路３２は、抵抗Ｒ５の値およ
びコンデンサＣ３の値で決まる時定数τ１でノードＮ１
の矩形波信号Ｓ２を積分する。このとき、ツェナーダイ
オードＤ１，Ｄ２のツェナー電圧が５．１Ｖであり、順
方向の内部電圧が０．６Ｖであるので、ツェナーダイオ
ードＤ１，Ｄ２の両端の電圧の絶対値は５．７Ｖ以上に
はならない。したがって、積分された信号がツェナーダ
イオードＤ１，Ｄ２からなるクランプ回路により＋５．
７Ｖおよび−５．７Ｖにクランプされる。それにより、
ノードＮ２に台形状の波形を有する信号Ｓ３（以下、台
形状信号Ｓ３と呼ぶ）が出力される。

【００５０】台形状信号Ｓ３における立ち上がり部分お
よび立ち下がり部分の傾きは第１の積分回路３２の時定
数τ１で決まり、立ち上がり期間Ｔ１および立ち下がり
期間Ｔ２は第１の積分回路３２の時定数τ１およびクラ
ンプ回路のクランプ電圧（本例では、＋５．７Ｖおよび
−５．７Ｖ）で決まる。立ち上がり期間Ｔ１および立ち
下がり期間Ｔ２の間の期間が電圧一定期間Ｔ３，Ｔ４と
なる。

【００５１】第２の積分回路３３は、抵抗Ｒ６の値およ
びコンデンサＣ４の値で決まる時定数τ２でノードＮ２
の台形状信号Ｓ３を積分する。それにより、出力端子Ｏ
１に頂部が放物曲線状に変化する三角波状の光走査制御
信号Ｓ４が出力される。

【００５２】光走査制御信号Ｓ４の正の曲線状変化期間
Ｔ１１および負の曲線状変化期間Ｔ１２は、台形状信号
Ｓ３の立ち上がり期間Ｔ１および立ち下がり期間Ｔ２に
対応し、直線状の立ち下がり期間Ｔ１３および直線状の
立ち上がり期間Ｔ１４は、台形状信号Ｓ３の正および負
の電圧一定期間Ｔ３，Ｔ４に対応する。光走査制御信号
Ｓ４の直線状の立ち下がり部分および立ち上がり部分の
傾きは第２の積分回路３３の時定数τ２で決まる。

【００５３】すなわち、第１の積分回路３２の時定数τ
１を調整することにより光走査制御信号Ｓ４の曲線状変
化期間Ｔ１１，Ｔ１２を調整することができ、第２の積
分回路３３の時定数τ２を調整することにより光走査制
御信号Ｓ４の振幅を調整することができる。

【００５４】このように、本実施例の光走査制御信号生
成回路３によれば、回路構成を複雑化することなく、頂
部で対称な曲線状に変化しかつ頂部を除く領域では直線
状に変化する光走査制御信号Ｓ４が得られる。したがっ
て、図１の光変位測定装置において、光ビームの走査に
リンギングやオーバシュートが発生せず、光走査制御信
号Ｓ４の立ち上がり期間Ｔ１１および立ち下がり期間Ｔ
１２で光ビームが等速で安定に走査される。その結果、
正確な測定結果が得られる。

【００５５】なお、台形状信号Ｓ３の正の一定電圧期間
Ｔ３と負の一定電圧期間Ｔ４とが等しくならない場合に
は、光走査制御信号Ｓ４の立ち下がり期間Ｔ１３と立ち
上がり期間Ｔ１４とが等しくならない。この場合には、
光走査制御信号Ｓ４の平均値（直流レベル）が正または
負の方向にずれ、やがて光走査制御信号Ｓ４が飽和する
ことになる。また、台形状信号Ｓ３の正の一定電圧期間
Ｔ３の電圧レベルの絶対値と負の一定電圧期間Ｔ４の電
圧レベルの絶対値とが等しくならない場合にも、同様に
光走査制御信号Ｓ４の平均値が正または負の方向にずれ
ることになる。さらに、第２の積分回路３３の演算増幅
器ＯＰ３にオフセット電圧が存在する場合にも、同様に
光走査制御信号Ｓ４の平均値が正または負の方向にずれ
ることになる。

【００５６】そこで、図２の光走査制御信号生成回路３
には、光走査制御信号Ｓ４の平均値のずれを補償するた
めの平均値レベル補償回路３４が設けられている。平均
値レベル補償回路３４は、出力端子Ｏ１の光走査制御信
号Ｓ４を大きな時定数で積分し、積分信号を基準電位と
して第２の積分回路３３の演算増幅器ＯＰ３の非反転入
力端子に与える。

【００５７】光走査制御信号Ｓ４の平均値が０Ｖよりも
上昇すると、演算増幅器ＯＰ４から出力される基準電位
が負になる。それにより、演算増幅器ＯＰ３から出力さ
れる光走査制御信号Ｓ４の平均値が低下する。逆に、光
走査制御信号Ｓ４の平均値が０Ｖよりも低下すると、演
算増幅器ＯＰ４から出力される基準電位が正となる。そ
れにより、演算増幅器ＯＰ３から出力される光走査制御
信号Ｓ４の平均値が上昇する。このように、光走査制御
信号Ｓ４の平均値を演算増幅器ＯＰ３に帰還することに
より、光走査制御信号Ｓ４の平均値が０Ｖに固定され
る。

【００５８】電源投入時には、光走査制御信号Ｓ４の平
均値が安定せずに大きく変化するので、平均値レベル補
償回路３４により急激な帰還がかかるおそれがある。こ
れを防止するために、図２の光走査制御信号生成回路３
には、帰還抑制回路３５が設けられている。

【００５９】帰還抑制回路３５のツェナーダイオードＤ
３，Ｄ４のツェナー電圧は２．０Ｖであり、順方向の内
部電圧は０．６Ｖであるので、コンデンサＣ５の両端に
絶対値２．６Ｖ以上の電圧が印加されると、ツェナーダ
イオードＤ３，Ｄ４に電流が流れる。これにより、平均
値レベル補償回路３４に与えられる電流がバイパスさ
れ、帰還動作が抑制される。

【００６０】また、電源投入時には、図４（ａ）に示す
ように、第１の積分回路３２および第２の積分回路３３
の時定数により光走査制御信号Ｓ４の平均値が０Ｖの定
常状態に安定するまでに時間がかかる。この過渡応答を
改善するために、図２の光走査制御信号生成回路３に
は、位相進み補償回路３６が設けられている。

【００６１】位相進み補償回路３６は、信号の変化を強
調する微分回路として働き、光走査制御信号Ｓ４に位相
進み補償を行う。それにより、図４（ｂ）に示すよう
に、光走査制御信号Ｓ４の平均値が０Ｖの定常状態に安
定するまでの時間が短縮される。

【００６２】上記実施例では、本発明の光走査制御信号
生成回路を光変位測定装置に適用した場合を説明した
が、本発明の光走査制御信号生成回路は、光走査式の光
電スイッチにも同様にして適用することができる。この
場合、図１のＰＳＤ１３の代わりにフォトダイオードを
用い、信号変換部１５に比較器を設ける。

【００６３】また、本発明の光走査制御信号生成回路
は、光走査装置を用いるその他の測定装置にも同様に適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光変位測定装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１の光変位測定装置に用いられる光走査制御
信号生成回路の構成を詳細に示す回路図である。

【図３】図２の光走査制御信号生成回路の各部の信号波
形図である。

【図４】電源投入時の光走査制御信号の変化を説明する
ための図である。

【図５】光走査装置による光ビームの走査を説明するた
めの図である。

【図６】光走査装置を正弦波信号で駆動した場合の光ビ
ームの走査振幅の時間的変化を示す波形図である。

【図７】光走査装置を三角波信号で駆動した場合の光ビ
ームの走査振幅の時間的変化を示す波形図である。

【図８】光走査装置を三角波信号で駆動した場合の光ビ
ームの走査にリンキングが発生した状態を示す図であ
る。

【図９】頂部が曲線状に整形された三角波状の光走査制
御信号の波形図である。

【符号の説明】

１信号処理部２レーザダイオード駆動回路３光走査制御信号生成回路６レーザダイオード８制御回路９揺動モータ９ｃミラー１１対象物１３ＰＳＤ１５信号変換部３１電圧レベル変換回路３２第１の積分回路３３第２の積分回路３４平均値レベル補償回路３５帰還抑制回路３６位相進み補償回路ＯＰ１〜ＯＰ４演算増幅器Ｒ１〜Ｒ８抵抗Ｃ１〜Ｃ６コンデンサＤ１〜Ｄ４ツェナーダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームの走査に用いる光走査制御信号
を生成する光走査制御信号生成回路であって、正および負の電圧に交互に変化する周期的な矩形波信号
を積分するとともに所定の値の正および負の電圧でクラ
ンプする第１の積分手段と、前記第１の積分手段の出力信号を積分して光走査制御信
号として出力する第２の積分手段とを備えた光走査制御
信号生成回路。
【請求項２】前記第２の積分手段から出力される前記
光走査制御信号の平均値が所定の基準レベルとなるよう
に前記基準レベルからの前記平均値のずれを補償する第
１の補償手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１
記載の光走査制御信号生成回路。
【請求項３】前記第２の積分手段から出力される前記
光走査制御信号に位相進み補償を行う第２の補償手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の
光走査制御信号生成回路。
【請求項４】前記第１の積分手段は、第１の演算増幅
器、第１の抵抗手段、第１の容量手段およびクランプ回
路を含み、前記第１の演算増幅器の一方の入力端子に前
記矩形波信号が前記第１の抵抗手段を介して与えられ、
前記第１の演算増幅器の他方の入力端子に基準電位が与
えられ、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第１の
演算増幅器の前記一方の入力端子との間に前記第１の容
量手段および前記クランプ回路が並列に接続され、前記第２の積分手段は、第２の演算増幅器、第２の抵抗
手段および第２の容量手段を含み、前記第２の演算増幅
器の一方の入力端子に前記第１の積分手段の出力信号が
前記第２の抵抗手段を介して与えられ、前記第２の演算
増幅器の他方の入力端子に基準電位が与えられ、前記第
２の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の前
記一方の入力端子との間に前記第２の容量手段が接続さ
れたことを特徴とする請求項１記載の光走査制御信号生
成回路。
【請求項５】前記第２の積分手段から出力される前記
光走査制御信号の平均値が所定の基準レベルとなるよう
に前記基準レベルからの前記平均値のずれを補償する第
１の補償手段をさらに備え、前記第１の補償手段は、前記第２の積分手段の前記第２
の演算増幅器の出力信号を積分して前記基準電位として
前記第２の演算増幅器の前記他方の入力端子に帰還する
第３の積分手段からなることを特徴とする請求項４記載
の光走査制御信号生成回路。
【請求項６】前記第２の積分手段から出力される前記
光走査制御信号に位相進み補償を行う第２の補償手段を
さらに備え、前記第２の補償手段は、前記第２の積分手段の前記第２
の演算増幅器の出力端子に接続された微分手段からなる
ことを特徴とする請求項４または５記載の光走査制御信
号生成回路。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の光走査
制御信号生成回路と、前記光走査制御信号生成回路により生成される光走査制
御信号に基づいて対象物に光を走査させる光走査手段
と、前記対象物からの反射光を受光し、受光信号に基づいて
前記対象物の変位を検出する検出手段とを備えたことを
特徴とする光変位測定装置。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載の光走査
制御信号生成回路と、前記光走査制御信号生成回路により生成される光走査制
御信号に基づいて対象物に光を走査させる光走査手段
と、前記対象物からの反射光を受光し、受光信号に基づいて
前記対象物の有無を検出する検出手段とを備えたことを
特徴とする光電スイッチ。