JPS63243710A - 距離測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は非接触型の距離測定装置、特に被測定物の変
位を距離として測定するのみならず被測定物の表面状懸
も検出できる距離測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば特公昭５８−４２４１１号公報に開示
された従来の非接触型の距離測定装置を示す一般的な構
成図である。図において、（１）は測定ヘッドであり、
この測定ヘッド（１）は光源（２）と、この光源（２）
から放射された光ビームを集光して被測定物（３）上に
光スポット（４）として結像させる投光レンズ（５）と
、光スポット（４）を集光する受光レンズ（６）と、こ
の受光レンズ（６）の結像面に配置され、光スポット（
４）の結像位置に対応した電気信号例えば電流信号Ｉａ
、Ｉｂを送出する光検出器例えば半導体装置検出素子（
以下ＰＳＤと略す）（７）とを含む。＜８ａ）　、　＜
８ｂ）は電流信号Ｉ　ａ、　Ｉ　ｂをそれぞれ電圧信号
ＶＡ、　ＶＢに変換する電流／電圧変換回路、（９）は
電圧信号ｖＡとｖＢを加算して和信号ＶＡ＋ＶＢを送出
する加算回路、（１０）は和信号ＶＡ＋ＶＢと所定の基
準値との誤差を検知してその差信号を送出する誤差検知
回路、（１１）は差信号に基づいて光源（２）を出力可
変点灯させる光源駆動回路、そして＜１２）は電流／電
圧変換回路（８ａ）　。

（８ｂ）からそれぞれ送出されて来た電圧信号ｖＡ。

ｖＢに基づき、後述するように被測定物（３）の変位を
距離として演算し、もって距離出力を送出する距離演算
回路である。

従来の距離測定装置は上述したように構成されており、
光源駆動回路（１１）によって駆動された光源（２）か
ら放射された光ビームは、投光レンズ（５）によって集
光され、被測定物（３）上に光スポット（４）として投
射される。この光スポット（４）は、さらに受光レンズ
（６）によって集光され、ＰＳＤ（７）上に投射、結像
される。このＰＳＤ（７）の各端から送出される電流信
号Ｉ　ａ、　Ｉ　ｂは、ＰＳＤ（７）上における光スポ
ット（４）の受光像の位置に応じて変化する。すなわち
、受光像がＰ　Ｓ　Ｄ　（７）の中央にあるときにはＩ
ａ＝Ｉｂであるが、受光像がＩａ側にふれるとＩａは大
きくなるとともにＩｂは小さくなり、反対に受光像がＩ
ｂの方に移るとＩｂは大きくなるとともにＩａは小さく
なる。従って、被測定物（３）の変位すなわち光スポッ
ト（４）の位置の変化は、ＰＳＤ（７）の中心位置から
ＰＳＤ（７）上の受光像の位置までの距離として、下記
の（１）式で計算されるＰに成る変換係数を乗算したも
のとして演算することができる。

また、下記の（２）式もしくは（３）式によれば、Ｐ　
Ｓ　Ｄ　（７）の各端から受光像までの距離が求まるか
ら、同様な三角測量の原理で、これらを被測定物（３）
までの距離に換算できる。

このとき、（１）弐〜（３）式の分母（Ｉ　ａ＋　Ｉ　
ｂ）を一定に保てば、ｐ、ｐＡ、Ｐ９は近似的に、Ｐ’
　　＝Ｉａ−Ｉｂ　　　　　　　　　　　　　（１’）
ＰＡ’＝Ｉａ　　　　　　　　　　　　　　　　（２’
）ｐｓ’＝ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　（３
′）となるので、これらをもとに距離に換算しても良い
。

一方、十分な精度を必要とするときには、（１）弐〜（
３）式のどれかを用いて距離の演算を行なうが、この場
合にも被測定物（３）の状態に応じて変化する分母（Ｉ
ａ＋Ｉｂ）が距離の測定精度に影響しないように、光源
（２）の光量を制御して分母（Ｉａ＋Ｉｂ）がほぼ一定
となるようにする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の距離測定装置では、被測定物（３）上の光−スポ
ット（４）からの光の戻り量として得られる被測定物表
面状態の変化を光源駆動回路（１１）で打ち消すのみで
、積極的な信号処理を何等せず、距離情報以外の情報を
容易に得ることができなかった。

このため、距離測定装置を各種装置に装着して利用する
場合には、被測定物（３）の表面状態の特徴の抽出はも
っばら距離情報のみに依存するため表面状態の判別がで
きなかったり、また判別ができる場合でも距離測定値を
用いた煩雑な演算を行なう必要があったりするという問
題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、被測定物の距離を測定しながら表面状態情報
も容易に出力できる距離測定装置を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る距離測定装置は、演算回路からの電気信
号の信号レベルを表わす信号と、演算回路からの制御信
号とを処理して被測定物の表面状態を表わす表面状態出
力を送出する信号処理回路を設けたものである。

〔作用〕

この発明では、演算回路からの電気信号の信号レベルを
表わす信号を、演算回路からの制御信号で除算した後、
更に、微分しなり、遅延出力と非遅延出力を比較したり
、または積分したりして表面状態出力を得るのである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（１
）〜（７）、　（８ａ）および（８ｂ）は第４図に示し
た従来装置におけるものと同じである。（１１＾）は第
４図中の光源駆動回路（１１）に相当するが、ここでは
後述する演算回路に接続されている。（２０）は電流／
電圧変換回路（８ａ）、　（８ｂ）の出力側に接続され
、光源駆動回路り１１＾）へ制御信号（２１）を供給す
るとともに電流／電圧変換回路（８ａ）、　（８ｂ）に
よって供給された電圧信号から上述したように被測定物
（３）の変位を距離として演算し、もって距離出力（２
３）を送出する演算回路である。（２４）はこの演算回
路（２０）と相互接続され、演算回路（２０）から入力
（２２）を得るとともに演算回路へ出力（２５）を送出
するフィードバック制御回路である。　（２Ｂ）は光源
駆動回路（１１＾）、演算回路（２０）、フィードバッ
ク制御回路（２４）へそれぞれタイミングパルス（２７
）　、　（２８）　。

（２９）を供給するとともに外部へ同期出力（３０）を
送出するタイミング回路である。そして（３３）は演算
回路（２０）の出力側に接続され、被測定物（３）の表
面状態を表わす表面状態出力（３４）を送出する信号処
理回路である。

第２図は第１図中に示した信号処理回路（３３）の詳細
図であり、信号処理回路（３３）は第２図（Ａ）に示し
た除算回路（３３１）と、第２図（Ｂ　）、（Ｃ）、（
Ｄ　’）にそれぞれ示した微分回路（３３３）　、遅延
回路（３３４）および比較器（３３６）　、演算処理器
例えば積分回路（３３））との組み合わせから成る。

第３図はこの発明の距離測定装置の動作説明用波形図で
ある。なお、（３ａ）は被測定物（３）の表面状態が異
なる部分を示す。

上述したように構成された距離測定装置において、光源
（２）、投光レンズ（５）、受光レンズ（６）およびＰ
ＳＤ（７）を含む測定ヘッド（１）と被測定物（３）の
相対的位置関係を保ちながら、第３図に示したように測
定ヘッド（１）をＸ方向に移動させたときに、被測定物
（３）の表面状態が（３ａ）で示したように変化すると
、一定出力の光源（２）から得られるＰＳＤ（７）の表
面での受光量も変化する。

フィードバック制御回路（２４）は、演算回路（２０）
の出力（２２）から受光量の変化を検出しかつこの変化
を打消してＰＳＤ（７）の表面での受光量が常に一定に
なるようにする出力（２５）を演算回路（２０）へ送出
する。そうすると、演算回路（２０）は制御信号（２１
）を光源駆動回路（１１＾）へ供給し、この光源駆動回
路（１１＾）は例えば被測定物（３）の表面状態が変化
してＰＳＤ（７）の受光量が減少すれば光源（２）の出
力を増大させ、反対に受光量が増大すれば光源（２）の
出力を減少させる。従って、測定ヘッド（１）と被測定
物（３）の相対的な距離および姿勢を一定に保ちながら
上述した制御を行なうと、受光量はほぼ一宮に保たれ、
演算回路（２０）へ入力される電圧信号ひいては演算回
路（２０）の出力すなわち電圧信号の信号レベルを表わ
す信号（２２）も第３図（Ａ）に示したように一定に保
たれる。被測定物（３）の表面状態の変化は、第３図（
Ａ）に示しかつ以下に述べるようにして検知される。演
算回路（２０）から光源駆動回路（１１＾）への制御信
号（２１）はまた演算回路（２０）からの電圧信号の信
号レベルを表わす信号（２２）とともに信号処理回路（
３３）中の除算回路（３３１）へ供給され、ここで後者
を前者で除算することによって得られた出力（３３２）
を、更に微分回路（３３３）で微分すると表面状態の変
化点を示す表面状態出力（３４＾）が得られ、また遅延
回路（３３４）で遅延された出力（３３５）と遅延され
ないままの出力（３３２）とを比較器（３３６）で比較
すると表面状態出力（３４Ｂ）が得られ、第３図（Ａ）
には図示しないが演算処理器例えば積分回路（３３））
で積分すると表面状態出力（３４Ｃ）が得られる。

以上、光源出力に対してフィードバック制御を施した例
について説明したが、フィードバック制御を行なわない
場合の信号（２２）　、　（２１）　、　（３３２）の
波形は第３図（Ｂ）に示すとおりになる。

上述したように、演算回路（２０）からの電圧信号の信
号レベルを表わす信号と、演算回路（２０）からの制御
信号（２１）とを処理することにより、被測定物（３）
の表面状態の変化特徴を示す各種パラメータの抽出が行
なえるので、第３図（Ａ）に示した表面状態が異なる部
分（３ａ）例えばけがき針によるけがき線や、テ」プ、
ペイント等によってマーキングされた線等の両端の位置
Ｘ、、Ｘ、を検知できることから、表面状態相違部分（
３ａ）の中心位置Ｘ０や幅（Ｘ２　　ｘ＋）等を測定出
力結果から求めることができる。

上述した実施例では光検出器（７）としてＰＳＤを用い
たが、他のＣＯＤやフォトダイオードアレイ等を使用し
て各素子に適合した前処理を行なっても良い。

また、上述した実施例では、光源（２）の駆動レベルを
フィードバック制御回路（２４）で制御する場合を示し
たが、光源（２）の駆動レベルを一定にしておいて受光
系の信号増幅度が可変の増幅器を設け、その増幅度をフ
ィードバック制御回路（２４）で制御しても良い。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明は、演算回路からの電気信号
の信号レベルを表わす信号と、演算回路からの制御信号
とを処理して被測定物の表面状態を表わす表面状態出力
を送出する信号処理回路を設けたので、例えばけがき針
によるけがき線や、テープによるマーキング線等の被測
定物表面状態変化の特徴抽出を容易に行なえる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図（Ａ
）〜（Ｄ）は第１図中に示した信号処理回路の詳細図、
第３図（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の距離測定装置の
動作説明用波形図、第４図は従来の距離測定装置の構成
図である。 図において、（１）は測定ヘッド、（２）は光源、（３
）は被測定物、（３ａ）は被測定物の表面状態相違部分
、（４）は光スポット、（５）は投光レンズ、（６）は
受光レンズ、（７）は光検出器、（１１＾）は光源駆動
回路、（２０）は演算回路、（２４）はフィードバック
制御回路、（３３）は信号処理回路、（３３１）は除算
回路、（３３３）は微分回路、（３３４）は遅延回路、
（３３６）は比較器、（３３７）は演算処理器である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 ３　　　：　　１クミ項り　宜二　′セカム　：　光ス
＊’　＊　） ５　：　投たＬシス１ ６　：　受光Ｌ″−ス。 ７　：　忙検呂器 肥４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源、この光源から放射された光ビームを集光し
   て被測定物上に結像させる投光レンズ、上記被測定物上
   に結像された光像を集光する受光レンズ、およびこの受
   光レンズの結像面に配置され上記光ビームの結像位置に
   対応した電気信号を送出する光検出器を含む測定ヘッド
   と、上記電気信号から上記被測定物の変位を距離として
   演算し、もって距離出力を送出する演算回路と、この演
   算回路からの制御信号によって上記光源の光量を制御す
   る光源駆動回路と、上記光源の光量を検出する光量検出
   器と、上記演算回路からの上記電気信号の信号レベルを
   表わす信号と、上記演算回路からの上記制御信号とを処
   理して上記被測定物の表面状態を表わす表面状態出力を
   送出する信号処理回路とを備えたことを特徴とする距離
   測定装置。
2. （２）信号処理回路は、演算回路からの電気信号の信号
   レベルを表わす信号を、上記演算回路からの制御信号で
   除算する除算回路、およびこの除算回路の出力を微分し
   て表面状態出力を送出する微分回路を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の距離測定装置。
3. （３）信号処理回路は、演算回路からの電気信号の信号
   レベルを表わす信号を、上記演算回路からの制御信号で
   除算する除算回路、およびこの除算回路の遅延された出
   力と、遅延されない出力とを比較して表面状態出力を送
   出する比較器を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の距離測定装置。
4. （４）信号処理回路は、演算回路からの電気信号の信号
   レベルを表す信号を、上記演算回路からの制御信号で除
   算する除算回路、およびこの除算回路の出力を演算処理
   して表面状態出力を送出する演算処理器を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の距離測定装置。
5. （５）演算処理器が積分回路であることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の距離測定装置。