JPS60227112A - 光変位計 - Google Patents

光変位計

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JPS60227112A
JPS60227112A JP8191584A JP8191584A JPS60227112A JP S60227112 A JPS60227112 A JP S60227112A JP 8191584 A JP8191584 A JP 8191584A JP 8191584 A JP8191584 A JP 8191584A JP S60227112 A JPS60227112 A JP S60227112A
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隆 池田
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河面 英則
Ryosuke Taniguchi
良輔 谷口
Manabu Kubo
学 久保
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    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02Details
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
計に関するものである。
〔従来技術〕
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
スポット、7は前記光スポット6からの散乱光を受光素
子上に結像させる一受光レンズ、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) 9 a、9
bは前置増幅器、lQa 、 10bは後置増幅器、1
1a 。
11bは整流回路、12aは出力信号V3.12b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v;l+
vb、17は除算回路、18は除算出力信号(V8− 
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
ポット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1及びPSD8から構成される光学系は、
投光レンズ3から光スポット6までの距離を、三角測量
の原理を利用して、PSDB上に結像される元スポット
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@PSDB上での光スポット
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、IQa及び1
0bで電圧に変換・増幅し、整流回路11a 、 11
bにより整流して、1対の電圧信号va(12a’)及
びWb(12b)としたどき、次式で与えられる。
但し、n : 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から光スポット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)1
6をめ、除算回路17が(va−vb)AVa十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K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によって半導体レーサ
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った。
〔発明の概要〕
この発明は、上記のような従来のものの欠点を、5除去
するためKなされたもので、変位の測定値の他K、受光
素子への受光量を一定に制御するためのフィードバック
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(な
ったり、変位の測定が不能になったりする以前に、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。
〔発明の実施例〕
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は演算プロセッサー、2γは前記演算
プロセッサー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、3oは
光源出方制御回路、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20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、3TはA / D変換器25のA/D変換器制
御パルス信号、38は演算プロセッサー26の演算プロ
セッ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
50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
黒っ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!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図忙おいて、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3
4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上に光スポット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
pso8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、9bK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V。、vd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2
4.A/D変換器25及び演算プロセッサー26によっ
て、それぞれのピークツーピーク値Ve、 V4がめら
れ、(ve vr)/(ve + vf)の演。
算を演算プロセッサー26が行うことにより、被測定物
5上の光スポット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V。、Vdの和がPSD8
の受光量に比例することから、vo+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3
2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、光源量カ妬フィードバッ
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。このフィードバック制
御により、psl)Hの受光量を一定に保ち、演算精度
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5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ょるPSD
8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3
3を、出方タイミングパルス信号42に同期させて測定
結果信号43を出方することにより、1つの変位の測定
結果に対し、従来得られなかっ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K
、被測定物5の形状を測定する場合、変位データ信号4
7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、K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311C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41を直接出力しても良い。
〔発明の効果〕
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Lノベル信号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
50表面状態・材質・色の変化を、psns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3
2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った場合にも、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
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光変位計を示すブロック図、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ック図、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・・・元スポット、7・・・受光レンズ、8・・・
半導体装置検出素子(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パ・演算プロセッサー、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・・・光源駆動レヘル信号、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
算プロセッ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。 特許出願人 三菱電機株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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、前記光学系の光源として
    の半導体レーザーを駆動する光源の駆動回路と、前記被
    測定物の位置を検出する半導体装置検出素子を設け、該
    半導体装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、光源の駆動回路、信号切換器、サン
    プルホールド回路及びA / D変換器圧制御パルスを
    供給するタイミングパルス発′ 主回路と、前記交流増
    巾器の出力信号を受け、−前記光源の駆動回路に光源の
    駆動レベル信号を送出する光源出力制御回路に受光レベ
    ル信号を送出する受光量検出回路と、前記受光レベル信
    号を入力し判別データ信号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、前記制御ノくルス
    、前記受光量レベル信号、前記判別データ信号及び前記
    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た光変位計
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