JPS6089706A - 走査形光学距離計 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、距離計の測定基準点の位置検出とその基準点
からの距離検出すなわち三次元の位置検出を高速に行う
走査形光学距離計に関するもので、物体の形状認識やロ
ボット用センサ等として用いるものである。

従来例の構成とその問題点 走査形光学距離計は、測定基準点の位置を順次変えてそ
の基準点からの距離を測定するものである。その−例を
第１図の図面とともに説明する。

第１図において、ＬＥＤやレーザダイオード等よりなる
光源１とその光をスポット光とするだめのレンズ系２か
らなるスポット光投光器３と測定対象物体上に投光した
スポット光像を集光するためのレンズ系４と受光素子で
ある一次元のポジションセンサ（Ｐ　ＳＤ　＝−Ｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ　）
　５からなる受光器６とセンサ制御部７とでセンサ部８
を構成している。Ｕ、Ｖの位置のスポット光像はＰＳＤ
５のＵ’、　Ｖ’に結像する。

センサ制御部７からのデータ信号を制御装置９で処理し
距離データを得るとともにステッピングモータ１ｏのパ
ルスを制御することより測定基準点の位置データを得る
ことができる。

さらに具体的に述べると、第２図において、セ、　イサ
部８を支持台１１に取付け、ボールネジ１２を用い、ス
テッピングモータ１ｏによってセンサ部８をＹ方向に直
線往復運動をさせる。１３はポールネジ１２およびステ
ッピングモータ１ｏの支持板で支持板１４によってさら
に支持する。支持板１４を台車やロボットのアーム等に
取付け、Ｘ方向に動かすようにする。この時測定対象物
１６の点Ａと点Ｂにおける測定基準点の位置データ（Ｙ
方向データ）と距離データ（２方向データ）を取込む方
法をみてみる。

第３図において、ステッピングモータのパルスの周波数
とＳ／Ｎを上げるために一定周波数のクロックでサンプ
リングする周波数は非同期であり。

ステッピングモータのパルスの時間１／’Ｍ’Ｊ隔（Ｆ
３Ｐ）にサンプリングクロックが２個以上存在する。

従来、サンプリングクロックに同期してその立れはＡ／
Ｄ変換指令信号をステッピングモータのパルスと無関係
にハード的に出すようにしているためである。その結果
、Ａ／Ｄ変換′した値は各サンプリングクロックに同期
して変化する。データの増込みは、ステッピングモータ
のパルスが中央処理装置（ＣＰＵ）に入力した後にＣＰ
Ｕに入力するＡ／Ｄ変換指令信号に基づいて、Ａ／Ｄ変
換した値を次のＡ／Ｄ変換を行うまでの期間（ＡＤｌ）
に行う方法をとっている。このデータの取込方法を用い
た走査形光学距離計では、次に述べるような欠点がある
。

（１）サンプリングクロック周期（ＳＣ）よりも短い期
間（ＡＤｌ）にデータを取込まなければならないので、
サンプリングクロックの周波数を大きくする必要があり
、光ノイズ等の影響を小さくしてＳ／Ｎを上げるという
効果が小さくナリ、ステッピングモータのパルス間隔も
犬きく、すなわちセンサ部１の移動速度は小さくなる。

（２）ＰＳＤからのアナログ信号は距離デー・夕信号以
外に光量に関する量もあり、光源１の光量調節を行う時
には、この量もデータとして取込む必要があり、データ
取込み時間がさらにかかるようになる。これを避けるた
めに、ステッピングモータのパルスがＣＰＵに入力した
後、最初のサンプリングクロックの立下りで距離データ
のＡ／Ｄ変換を行ってデータを取込み、次のサンプリン
グクロックの立下りで光量に関する量のＡ／Ｄ変換を行
ってデータを取込むことも考えられるが、距離データと
光量データが同一タイミングのものでないので精度が低
くなる。

（３）光ノイズ等の影響を小さくするためにサンプリン
グクロック周期（ＳＣ）を小さくする必要がある時は高
速クロックのＣＰＵを用いる。

ハード的に取込む等の対策が必要で装置として高価なも
のになる。

以上述べたように従来のデータ取込方法では、サンプリ
ングクロックの周波数を大きくする必要があり、ステッ
ピングモータのパルス間隔を太きくしてその動作を低速
にする必要があった。

発明の目的 本発明は前記従来の欠点を除去口、Ａ／Ｄ変換指令信号
をＣＰＵに制御させることによって、サンプリングクロ
ック周期（ＳＣ）を小さくして光ノイズ等の影響を小さ
くするとともに、ステッピングモータの動作を高速にし
ようとするものである。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明は、投光するスポッ
ト光を順次移動させるステッピングモータなどのスポッ
ト光移動手段と、投光した物体上のスポット光像をレン
ズ系を介して結像させるポジションセンサと、そのポジ
ションセンサからのアナログ信号をサンプリングクロッ
クに基づいてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、そのデー
タ処理をする中央処理装置とを備え、前記スポット光移
動手段の制御パルスが前記中央処理装置に入力する時間
間隔に前記サンプリングクロックが少くとも１個以上存
在する場合、Ａ／Ｄ変換指令信号を前記中央処理装置が
制御をし、前記パルスが前記中央処理装置に入力した後
最初に入力したサンプリングクロックを変調した信号に
基づいてＡ／Ｄ変換を行いデータを取込むものである。

実施例の説明 ここで光ノイズの相対強度とサンプリング周波数の関係
を第４図に示す。サンプリング周波数が大きい程、すな
わちサンプリングクロック周期（ＳＣ）が小さい程、光
ノイズの影響は小さい。

サンプリングクロック周波数としては１０ＫＨｚ以上が
望ましい。

実施例（１）・・・ＣＰＵがソフト的に直接Ａ／Ｄ変換
の制御を行う場合 第５図は本発明の走査形光学距離計の制御系の具体的な
回路図である。

第６図において、サンプリングクロック発生器１６から
のサンプリングクロックを、投光器３゜ＰＳＤ５．ＩＪ
セットハルス発生器１７と変調器１日に送る。これに基
づいて投光器３は光源１に変調をかける。またＰＳＤ５
の出力に変調をかける。

ＰＳＤ５の２端子の出力を増幅フィルタ１９を通しだ後
、その両方の出力を和算器２ｏに入力するとともに片方
の出力を割算器２１に入力し、和算器２０からの出力も
割算器２１に入力することによってＰＳＤ６に結像した
スポット光像の位置検出を行う。この信号をサンプルホ
ールド器２２に入れてサンプルホールドをし、リセット
パルス発生器１７からの信号でリセットをする。このサ
ンプルホールド器２２の出力信号は第３図のサンプルホ
ールドをしたＰＳＩ）のアナログ信号であり、Ａ／Ｄ変
換器２３に入力する。

一方、変調器１８の出力信号は第３図の従来のＡ／Ｄ変
換指令信号と同じである。これをｚ−８００ＰＵのペリ
フェラル（周辺ＬＳＩ）であるカウンタタイマーコント
ローラ（ＣＴＣ・・・ＣｏｕｎｔｅｒＴｉｍｅｒ　Ｃｏ
ｎｔｘｏｌ１％ｒ　）２４のチャ７ネル１に入力する。

パルスジェネレータ（ＰＧ）２５からの信号すなわちス
テッピングモータのパルスをＣＴＣ２４のチャンネル２
に入力する。最初ＣＴＣ２４のチャンネル１は割込禁止
にしておいて、ＰＯ２５からのパルスすなわち第３図の
ステッピングモータのパルスがＣＴＣ２４に入力される
とＣＴＣ２４はＺ−８０ＣＰＵ２６に割込みをかけ、そ
の割込み処理ルーチンでＣＴＣ２４のチャンネル１の割
込みを許可して、変調器１８の出力信号がＣＴＣ２４の
チャンネル２に入力すればＣＰＵ２６に割込みをかけ、
その割込み処理ルーチンで、ＣＴＣ２４のチャンネル２
の割込みを禁止するとともに、Ａ／Ｄ変換器２３にＡ／
Ｄ変換指令信号（第３図の本発明のＡ／Ｄ変換指令信号
）を出力し、Ａ／Ｄ変換終了後第３図の本発明、＋７）
　Ａ　／　Ｄ変換した値のＡＤ２期間中にデータを取込
みメモリ２７に格納する。

その後ＣＰＵ２６はＰＯ２５に次のパルスを出力する指
令をかけるか、ＰＯ２５が起動・停止以外に独立動作し
てパルスを出す場合はパルス待ちになる。このようにス
テッピングモータの制御パルスがＣＰＵ２６に入力する
時間間隔にサンプリングクロックを変調した信号が少く
とも１個以上存在する場合、Ａ／Ｄ変換指令信号をＣＰ
Ｕ、２６が制御をし、前記パルスがＣＰＵに入力した後
最初に入力した前記変調信号に基づいてＡ／Ｄ変換を行
いデータを取込む。その結果、データ取込み有効期間（
第３図の本発明のＡ／Ｄ変換した値のＡＤ２）は大きな
値となり、このＡＤ２をＣＰＵ２６のデータ入力処理時
間にあわせることによってサンプリングクロックの周波
数を大きくすることとＰＯ２５のパルス周波数を大きく
してステッピングモータの動作速度を大きくすること示
できる。

ＰＯ２５のパルス周波数を５ＫＨｚ　以上、サンプリン
グクロックを１０　ＫＨｚ　以上に上げることが実現で
きる。ＣＰＵとしてＺ−ＳＯの代りにどのようなＣＰＵ
をもってきても、またＣＴＣを用いないでＣＰＵへ変調
器１８とＰＯ２５の信号を入力しても同様の処理が行え
る。ステッピングモはもちろんのことである。

またステッピングモータでセンサ部８全体を動かすので
はなく、゛投光器３を動かし、−次元のＰｓＤ５の代わ
りに二次兄のＰＳＤを用いても同様の処理が可能である
。なお、第５図において、２８はステッピングモータ制
御器である。

このようにしてこの実施例では、従来のものと比べて特
別なハードウェアを必要としないで簡単なン７トウェア
の変更で容易に実現できる。

実施例＠）・・・ハード的にＡ／Ｄ変更の制御を行う場
合第６図において、ＰＧ２５の出力を第１の７リツプ７
０ツブＦＦ２９とＣＰＵ２６に入力し、第１のＦ　ｊ２
９の出力は第２のフリップフロップＦＦ３０に入力し、
第２ＯＦＦ３０（７）出力はＯＲゲート３１に入力し、
サンブリ・ングクロック発生器１６からの出力を第２の
ＦＦ３０に入力し、変調器１８からの出力信号であるサ
ンプ・リングクロックを変調した信号もＯＲゲート３１
へ入力する。

このようにすれば第７図の動作タイミングチャートに示
すように、ステッピングモータのパルス（ＰＧ２５のパ
ルス）の立上りが第１ＯＦＦ２９に入力すればその出力
信号は低レベルになシ、この時変調器１８からの出力信
号すなわちサンプリングクロックの立下りで第２のＦＦ
３０の出力は低レベルとなシ、さらにサンプリングクロ
ックを変調した信号が低レベルの時、ＯＲゲート３１の
出力すなわちＡ／Ｄ変換指令信号は低レベルになり、Ａ
／Ｄ変換器２３とＣＰＵ２６に入力する。

Ａ／Ｄ変換器２３への信号はＡ／Ｄ変換指令信号となり
、ＣＰＵ２６への信号はＣＰＵが第１のＦＦ２９と第２
のＦＦ３０へのリセット信号を出すだめの指令となる。

もちろんＣＰＵ２６はＡ／Ｄ変換器２３から適当な時（
第３図のＡＤ２に相当する期間）にデータを取込みメモ
リ２７に格納する。

このようにハード的にＡ／Ｄ変換を行う場合も実施例（
１）の場合と同様にできる。ＦＦ２個とＯＲゲート１個
がハード的に増えるが、簡単な回路であり、容易に実現
できる。

発明の効果 以上のような本発明の走査形光学距離計によれば、次の
ような効果がある。

（１）Ａ／Ｄ変換の制御を行うことによって、Ａ／Ｄ変
換したデータの取メみ可能時間を第３図のＡＤｌからＡ
Ｄ２へと大きくできる。

（２）その結果、サンプリングクロックを１　ｏＫＩ（
ｚ以上にも設定可能となり、第４図に示すように光ノイ
ズの影響を小さくしてＳ／Ｎの良い信号を得ることがで
きる。

（３１１ステツピングモータのパルス周波数も５ＫＨ２
以上に設定可能となり、高速で走査してすなわち他点で
の距離計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査形光学距離計のセンサ部の構成を示す図、
第２図は走査形光学距離計の斜視図、第３図は従来およ
び本発明の動作タイミングチャート、第４図は光ノイズ
の相対強度とサンプリング周波数の関係を示す図、第５
図は本発明の一実施例による走査形光学距離計の回路図
、第６図は同側の実施例の回路図、第７図は第６図の実
施例の動作タイミングを示す図である。 １・・・・・光源、２，４−・・・レンズ系、３・・・
・・投光器、６・・・・・ポジションセンサ、６・・・
・・受光器、７・・・・センサ制御部、８・・・・・セ
ンサ部、９・・・・・・制御装置、１ｏ・・・・・スポ
ット光移動手段（ステッピングモータ）、１６・・・・
・サンプリングクロック発生器、１８・・・・・変調器
、２３・・・・−Ａ／Ｄ変換器、２４・・・・・・カウ
ンタタイマーコントローラ（ＣＴＣ）、２５・・・・・
・パルスジェネレータ、２６・・・・・中央処理装置（
ＣＰＵ）、２７・・・・・メモリ、２８・・・・・・ス
テッピングモータ制御器、２９．３０・・・・・フリッ
プフロップ、３１・・す・・ＯＲゲート。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名区　
製県 手続補正書 昭和５９年１２月７日 昭和５８年特許願第１９６３１９号 ２発明の名称 走査形光学距離計 ３補正をする者 事件との間係　特　許　出　願　人 住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地名　称　（
５８２）松下電器産業株式会社代表者　山　下　俊　彦 ４代理人　〒５７１ 住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 投光するスポット光を順次移動させるステッピングモー
   タなどのスポット光移動手段と、投光した物体上のスポ
   ット光像をレンズ系を介して結像させるポジションセン
   サと、そのポジションセンサからのアナログ信号をサン
   プリングクロックに基づいてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換
   器と、そのデータ処理をする中央処理装置とを備え、痛
   己スポット光移動手段の制御パルスが前記中央処理装置
   に入力する時間間隔に前記サンプリングクロックが少く
   とも１個以上存在する場合、Ａ／Ｄ変換指令信号を前記
   中央処理装置が制御をし、前記パルスが前記中央処理装
   置に入力した後、最初に入力したサンプリングクロック
   を変調した信号に基づいてＡ／Ｄ変換を行いデータを取
   込む走査形光学距離計。