JPS6049205A - 光学的雑音除去装置を具備する非接触光学式変位測定装置 - Google Patents

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】 本発明は、外光光量変化（外乱光）の検出及び補正機構
ずなわぢライトサーボ機構を具備する非接触光学式変位
測定装置に関するものである。

被測定変位部分を、例えばイメージディセクク管のよう
な光−電気変換部により光学的に捕１ｙシフて変位測定
を行う非接触光学式変位測定装置は周知である。このよ
うな非接触光学式変位測定装置は、被測定変位部分のタ
ーゲット部分からｌＪり射又は反射される可視光線又は
赤外線を追跡し、イメージディセクク管のフッ−１−カ
ッ−１゛上に結像さ−υこのフォトカソードからの光電
子像を加速して後方のアパーチャを通過させる。この際
クーゲットの明暗境界の像を、雷にアパーチャ中央とな
るように偏向するために必要とされる偏向電流を印加す
ると共に該偏向電流を取り出し、変位測定をｈうものが
多い。

このような変位測定法においては、なんらかの理由でタ
ーゲットから放射され又は反射される光が変化すると、
クーゲットの変化と誤認する傾向があった。すなわち、
クーゲットが静止し′ζいるにもかかわらず、周囲の明
るさの変化や乱反射に起因してクーゲットに輝度変化が
生しると、かかる輝度変化を補償するための偏向電流が
流れるため、あたかもターゲットに変位があるように作
用し、測定精度を向上させることができない欠点があっ
た。したがって、正確な変位測定のためには一定照度の
光源によってターゲットが照射され、ターゲ／ト上に輝
度変化が生じないように配応、するごとが望ましい。し
かし、屋外におけるＷｉ１１定や大型装置の測定におい
ては、日照量その他の変化等外乱光の存在を無視するこ
とは不可能であり、問題があった。

そのような欠点を解消するために、光量変化を検出し、
それに基づき測定結果を補正し一ζ正確な変位測定を可
能にするライトサーボ回路が知られている。ライ１−サ
ーボ機構は、光−電気変換系への入射光量の大小に応し
て該変換系の加速用高圧を変化せしめるサーボループ回
路を形成し、外乱光の影響を補償しようとするものであ
る。しかし、一般的な高圧電源におしゾては、出力電圧
を効率良く一定に保つことを前提にしているために、出
力電圧の変更にたいする応答周波数はどうしても低くな
らざるを得なかった。したがって、変化周期の比較的長
い外乱、例えば長時間に渉って行われる変位測定におけ
る日照量の影響等に幻して心、Ｉイｌ効であるが、１ｎ
ｊ速で変化する外乱、例えば商用周波数によるフリッカ
等に対してｔ；１夕ｆｉと追随しｉ↓Ｉない欠点があっ
た。第１図は、放電灯の代表例としての蛍光灯の管電流
とソリ７カとの関係を示したもので、図（ａ）のような
豹電流が流れると、図（ｂ）のような電源周波数の２倍
のフリッカ（光の脈動）が生しる。なお、符号１−、　
ｉ；ｔ、二１−とし”（螢光体の残光を表す。図（Ｃ）
は、遅相側と進相側とで１８０度の位相差を設りた２灯
式フリッカレス形螢光灯のフリッカの状態を示しだもの
で、脈動が減少しフリッカ周波数が高（なることかわか
る。また、三相交流点灯の場合は、脈動が白熱電球程度
に減少する。なお、蛍光灯と被照射面とか近い場合には
、電源周波数と同しフリッカも生しる。これは、管端に
おける明るさが正極と負極とで異なり、図（ｄ）のよう
なフリ、力が生じるためである。なお、数百ｆｉｚない
し１　ｋｌｌｚ程度の商用波による点灯ではフリッカは
ほぼ無視しうるようになることも予想されるが、現在の
ところ一般的ではない。

そのため、通常の商用電源で点灯される放電灯が近くに
存在する場合は、測定出力にフリッカに基づくノイズの
影響が生し、正確な変位測定は困ｆ：ｆである。かかる
ノイズを除去するために、例えば電源周波数及びその２
倍周波数を阻止するフィルタを使用することも考えられ
たが、変位計出力段での対策であるため、同一周波数の
出力信号をも除去することになり、却って測定誤差の原
因にもなりかねなかった。

本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点を解消し
、高速変化する外乱光例えば各種放電灯の点灯下におい
ても、正確な変位測定が可１ｊピである非接触光学式変
位測定装置を提供することである。

この目的は、特許請求の範囲に記載の構成、すなわち高
圧発生部の応答周波数が、商用周ｔ＆数以上であるライ
トサーボ回路を具備する非接１＠：光学式変位測定装置
によって達成される。

本発明にかかる光学的雑音除去装置を具備する非接触光
学式変位測定装置によって、ｉｌｂ速で変化する外乱光
をも補償することができ、正Ｇ（ｅな変位測定が可能と
なる。すなわち、通席身近に存在−」“る高速外乱光の
代表例である蛍光灯や水銀灯等の放電灯の点灯下υこお
いても、これらの悪影響を蒙ることなしに、正確な変位
測定が可能となる。

以下、実施例を示す添付図を参照して本発明を開示する
。

第２図は、本発明の非接触光学式変位測定装置の基本構
成を示すものであり、被ｉ＋＋定対象たるクーゲット１
の矢印■のような変位を測定する例を示すものである。

レンズ系２で抽ｆｌ＋２されたターノノ−ソトｌの像は
、イメージディセクタ典１１）　′＋゛のフＡ用−カソ
ート−３」二に結像し、ここで電子（３；に変換される
。この電子像はアパーチャ４を通過し、アノード５に到
達する。なお、アパーチャ４からアノ−Ｉ・５までの部
分６ば、二次電子増倍機能をイｊ−するためイメージデ
ィセクク管１１）−１’はフ、ｔ　ｌ−マル（ｐｈｏｔ
ｏ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒの略）と略称されることが多
い。アノード５の出力ば、プリアンプ７で増幅された後
、時分割スイッチ８に至る。時分割スイッチ８を経た出
力は、一方で水平軸偏向アンプ１０を経て水平偏向コイ
ル９に印加され、また他方で垂直偏向アンプ１１を経て
垂直偏向コイル１２に印加される。この場合、ターゲッ
トｌが変位しているにもかかわらずその明暗境界の電子
像が常に同一割合でアパーチャ４を通過してアノード５
ｃこ到達するように、すなわち、プリアンプ７がら同一
ツ４！度の出力が得られるように、両偏向コイル９及び
１２の偏向電流を適当に調整すれば、その時の偏向電流
４Ｊクーゲツト■の変位量に比例することになる。そこ
で、両偏向回路の電流を水平軸データアンプＩ３及び垂
直軸データアンプ１４を介して各出力端子Ｉ５及び■６
から取り出し、適当な表示又は記ｔメ装置に加えること
で、変位測定が行われるものである。

１ＪＴＩ常の非接触光学式変位測定装置においても、イ
メージディセクタ管ＪＤＴのフＡ−トカソード３には高
圧電源１７から高圧が印加される。本発明にかかる非接
触光学式変位測定装置においては、時分割スイッチ８の
出力を受けてこれを適当なレヘルに増幅し、その出力に
よって高圧を制ｊａｌｌするだめの、高速応答する高圧
電源１７、ライトサ−ボ回路１８及びライトザーポ整合
用アンプエ９が配設される。このようなライトザーボ系
ならびにｉｉｉ＋述の機能を有する高圧電源Ｉ７を採用
するこ点により、ターゲツト面の輝度変化が補償され、
所期の１−１的か達成されるものである。

第３図は、イメージディセクタ管Ｉ　Ｄ　Ｔに４ａ・要
とされる高圧直流電圧を発生ずるための、本発明にかか
る非接触光学式変位測定袋；６に通ずる１ｒｂ圧電源の
例を示すもので、スイッチング制御ａ１１を利用してい
る。入力電圧Ｅ１を受けたスイッチングｉｔ’ｌｌ　ｆ
ａｌ＋回路２１の出力は、フィルタ回路２２を経て平７
ｆ’ｉ化され、負荷Ｒに出力される。また、このように
手出化された出力Ｅｏは、分圧面Ｍ＆２３により適当な
電圧に分圧され、基準電圧源２４からの基準電圧と、誤
差増幅器２５において比較され、出力電圧の変動分が検
出され、出力される。該誤差増幅器２５の出力は、制御
パルス発生回路２６に印加され、該１１１１カパルスに
よりスイッチング制御回路２１を、例えばパルス幅制御
により、制御する。当然、パルス周波数制御またはパル
ス振幅制御を行うことも可能である。

パルス幅制御は、スイッチング周波数を一定にしておき
、ＯＮ時間すなわちパルス幅を増減してデユーティサイ
クルを変化させて、出力電圧を制御する。これに対して
パルス周波数制御は、パルス持続時間又は休止期間のい
ずれかをほぼ一定に保ち、その周期を増減してデユーテ
ィサイクルを変化させて、出力電圧を制御する。パルス
振幅制御は、パルスの波高を制御して出力電圧を制御す
る。第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、これら各制御法
による出力波形の例を示すもので、いずれの場合も、ス
イ・ノチング回路２１を制御パルス発生回路２６によっ
て制御することにより達成されるものである。

ここで、第３図のスイッチング：＋１＋ｔ　ｔｖ、ｕを
利用した高圧直流電源回路をライトサーボ回路に通用し
た場合の動作を検討する。いわゆるライトサーボ回路に
よって得られた、被測定対象からイメージディセクタ管
ＩＤＴへの入射光量の変化に起因する電圧の変化は、第
３図の回路の端子２７を介し゛ζ分圧回路２３からの出
力に加算され、前述のような動作により出力電圧Ｅｏを
変化させる。かかるイメージディセクタ管ＩＤＴへの入
射光量の変化は、１（（）射光源自体の光量変化及び外
乱光による光量変化のいずれでも同様に作用する。ごこ
で、外乱光の光量が増加したとすると、変化周期等を無
視すれば、第２図のプリアンプ７で増幅された後、ライ
トサーボ回路１Ｂ及びライトザーボ整合アンプ１９で増
幅反転された出力が第３図の端子２７に印加される。こ
の場合、端子２７に印加される電圧は低いので、第３図
の出力電圧Ｅｏは低下する。この低Ｉ：した電圧Ｅｏは
イメージディセクタ管Ｉ　Ｄ　Ｔのフッ（・カソードに
印加されるため、イメージディセクタ管の感度は低下し
、結果的に外乱光の変化をＩＪぢ消すように作用する。

したがって、高圧直流電源が光量変化に追随し得る応答
周波数を有する範囲においては、十分な？ＩＩｉ償効果
全効果する。しかし、通常使用される高圧直流電源は、
一般的には応答周波数の低いものが多く、商用周波数や
その２倍周波数には追随できないものが大部分であった
。このように、応答周波数の低い高圧直流電源にライ１
サーボ槻能を組合セた場合に、高速変化する外乱光が存
在すると、十分な補償が出来ないばかりか、むしろ測定
結果に：１１委影響を及ばず事態も考慮される。

これは、従来のスイッチングレギュレータを含む定電圧
直流電源回路が、電圧変換効率の向上や小型化を目標に
開光され、またその用途の−Ｌからも高い応答周波数は
さほど要求されなかったために生したものである。本発
明にかかる高圧直流電源は、従来の電源回路とは設計思
想をことにし、’ＪＪ＝ド等は犠牲にして応答周波数の
改占を第−Ａにした。その具体例における特徴は以下の
通りである。

（１）　回路入力電圧を安定させるように配慮した。

（２）　スイッチング時間が速く、順方向電圧降下が小
さいダイオード例えばショソ１−キーダイオードを使用
した。

（３）　スイッチングトランジスタは以下のような特性
のものを採用した。

・飽和電圧の低いもの。

・ｈＦＥｏ）高いもの。

・ｔｒ及びｔｉの早いもの。

・ヘース電流Ｉ　Ｂ＋、Ｉ　Ｔｏは第５図のような特性
のもの。

・蓄積時間も８０．を小とするために非飽和で使用する
。下降時間１．も改善される。

・Ｓｗｌ・ランジスクを非飽和で使用するために例えば
第６図のようなりランプ回路を接続し、峙にＴ１を３以
上とし、蓄積時間ｔ　Ｓ１９及び下降時間１／の減少を
図った。

以上のような変更の加えられた１１〕」圧直流電源回路
では、オーバードライブ、非飽和での使用によるヘース
電流及びコレクタのオン電圧１ハ失、又ｉＪコレクク電
圧Ｖ。Ｅ　ｅｌｌｌの値が人き（なる等の理１１１によ
り効率は低下したが、本発明の目的とする応答周波数は
、大幅に改善された。

第７図は、光学的雑音の周波数とＳ／Ｎ比の関係を、グ
ラフＩ：従来のライ１−サーボ回路をもたない非接触光
学式変位測定装置、グラフ１１：従来のライトサーボ回
路を有する非接触光学式変位測定装置、そして、グラフ
■；本発明にかかる光学的雑客除去装置（ライトサーボ
回路）を有する非接触光学式変位測定装置、として図示
したものである。本発明にかかる非接触光学式変位測定
装置により、光学的雑音の影響が大幅に除去可能である
ことが理解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図ムｉ４叶呉＝（ロ）→は、７１に電灯の管電流と
フリッカとの関係を示す。 第２図は、非接触光学式変位測定装置の構成を示ずブＩ
コック図である。 第３図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
高圧直流電源として使用し得るスイッチング制御回路の
例を示すブロック図である。 第４図べ１→日柚日；わ→−は、各制御による制御波形
の例である。 第５図は、籏（−ランシスタのヘーストライフ電流波形
の例である。 第６図は、クランプ回路の例である。 第７図は、本発明にかかるＪｌ接接１Ｑｌ光学式変位？
ｊｌｌｌ定装置と従来装置との効果の比較を示す。 図中の主な参照符号の対応は、次の通りである。 １：ターゲソト２：レンズ系　゛ ３：フォトカソード　４ニアパーチヤ ５ニアノート　６：−次電子増倍部 ７：プリアンプ　８：時分割スイッチ ９：水平偏向コイル １０：水平軸偏向アンプ １１：垂直軸偏向アンプ １２：垂直偏向コイル １３、　１４：水平・垂直両軸データ出回１？Ｐ１１５
、　１６：水平・垂直両軸測定用出力０１１１子ｊ７：
高圧電源部 」８：ライトサーボ回路 １９：ライトザーポ整合アンプ ２１ニスイツチング制御回路 ２２：フィルター回路 ２３：分圧回路 ２４：基準電圧源 ２５：誤差増幅器 ２６二制御パルス発生回路 ／ ■ □−−−ｔ ７″ ／′ −管電；糺 １火丁のフリ・・Ｉ力 ２ス′丁八乃７刀レス 回路のフリーツカ 管立’＃Ｉ＋７フｌノツ〃 第５図 第７図 （１０１００１０００ 光学的難音の局衰駁（Ｈｚ） 」二惑コー」辷５点−１，オ。 昭和ダ８牛　ｉＤ月　ψ　日 ！ 特許庁長官　若杉和夫　殿 ■、　事件の表示 昭和ダ８年特許願第　／り乙３５ｒ号 ２、　発明の名称 褪−ψ０名りす饗イ千ケミ式鳴ケ）５．シ七　」悶イ噴
１１グろ阿ト１烙ｎ％Ｙ５く９づ一゛夛ｙ−イカ、ヲ９
１）つ弘鴫々３Ｊ【３、補正をする者 事件との関係　出願人 々　２　企マンオ体坑゛恋イ払 ４、代理人 ｍ図面や浄書。　（内容に変更なし） ７°　補Ｅ（Ｄ　Ｉ’″１８　方い７　■別紙の通り　
！Ｊｊ、止

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　被測定変位部分を光学的に捕捉し、変位測定を
   おこなう非接触光学式変位測定装置において、 高圧電源部（１７）の応答周波数が、商用周波数以上で
   あるライトサーボ回路を具備することを特徴とする非接
   触光学式変位測定装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の非接触光学式変位測
   定装置において、 前記高圧電源部が、商用周波数以上の応答周波数を有す
   るスイノチンダレギュレークであるもの。