JPS63314401A - 測距用光ファイバ−センサの受光信号処理方法 - 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） 本発明は測距用光ファイバーセンサの受光信号処理方法
に関する。

（従来の技術） 従来、光ファイバーを用いて光学的に変位を検出する測
距装置が実用化されている。この測距装置は非接触で変
位を検出することができ、微小変位を高精度で計測する
ことに適しており、また高い周波数域での計ｉｔｑが容
易にできるという利点がある。

この測距装置で使用するプローブは、投光用の光ファイ
バーと受光用の光ファイバーから成り、使用に際しては
、プローブの端面を被測定体に向け、投光用の光ファイ
バーから光を放射し、被測定体かうの反射光を受光用の
光ファイバーで受光する。この受光ファイバーで受光さ
れる光量はプローブと被測定体との距離によって変わる
ので、こオｂを利用して変位量を計測することができる
。

しかしながら、このようにプローブの端面を直接被測定
体に向けて使用する場合は、必然的にプローブと被測定
体間の距離が１００μｍ程度と短くなる。そこで、プロ
ーブの先端にレンズ系を設けてプローブと被測定体との
距離を大きくして使用できるようにしたものがある。

第３図はプローブを単体で使用した場合とレンズを併用
した場合とで、反射光量が変位にたいしてどのように変
化するかを示す曲線である。図で（ａ）はプローブを単
体で使用した場合の曲線を示し、変位０では反射光量が
０で、これから直線的に立ち上がって１つのピークとな
る。（ｂ）はレンズを併用した場合で、ピーク位置が（
ａ）にくらべて長距離側にシフトしていると同時に、鋭
い減衰点へが現れているのが特徴である。この減衰点（
極小点をヌルポイントと称する）はプローブの端面の像
がちょう−と被測定体の反射面の位置に一致した点に相
当し、これによって反射光量が減少しているもので、曲
線（ａ）の立ち上がりの直線部分に相当する。

このヌルポイントの極小点の前後では光学系の特性から
曲線は対称となる。

このレンズ系を併用した測距装置を用いれば、透明体の
厚み測定を非接触で有効に行うことができる。第４図は
透明なアクリル板の厚み方向にプローブおよびレンズ系
を移動させて変位にたいする出力（反射光量）を観測し
た結果である。図のように出力曲線にはΔ、Ｂ、２つの
ヌルポイン１−が出現する。このうち、ヌルポイントＡ
はアクリル板の裏面反射によるものであり、ヌルポイン
１−Ｂはアクリル板の表面反射によるものである。した
がって、ヌルポイントＡ、１３間の変位量りがらアクリ
ル板の板厚を求めることができる。なお。

第４図で破線の曲線はアクリル板を載置した下地の金属
板からの反射によるもので、図のようにアクリル板の裏
面反射と同位置に１つのヌルポイントが現れている。こ
のヌルポイントを利用して、焦点位置を自動的に設定す
ることができる。

このように、レンズ系を併用した光ファイバーセンサを
用い、ｈば、表面反射によるヌルポイン１−を検知して
自動的に焦点合わせをすることができ、また、透明体に
対しては表面反射と裏面反射による２つのヌルポイント
から板厚を計測することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の光ファイバーセンサを利用した８１り距装置はき
わめて精度が高く、１μｍ程度までの精度で変位を検出
できるものであるが、そのためには、微細な変位にたい
する反射光量の変化を観察して正確にヌルポイントを求
める必要がある。しがしながら、実際に変位のステップ
幅を０．５μｍ程度まで細かくとっていくとヌルポイン
１−の近傍の出力曲線はきわめて幅の広い曲線となり、
第４図のように鋭い減衰点を表さなくなる。この結果、
この幅の広い曲線で正確にヌルポイントを決定すること
が困難で再現性が低く、正確にヌルポイントを求めるこ
とができないために、計測値の誤差が生じるねいう問題
点がある。

そこで１本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、ステップ幅をかなり
細かくとった場合で反射光量曲線が幅広くなった場合で
あっても、正確にヌルポイントを決定することのできる
測距用光ファイバーセンサの受光信号処理方法を提供す
るにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。

すなわち、投光用の光ファイバーと受光用の光ファイバ
ーとを備えたプローブ１４を使用して被測定体１０との
距離あるいは透明な被測定体の厚みを測定すべく、プロ
ーブ１４を被測定体にたいして相対的に徐々に変位させ
、各変位位置における反射光量のデータから得られる反
射光量曲線の反射光量が極小あるいは極大となる変位位
置を求める際に１反射光量のデータを一定の積分範囲を
もって積分し、前記積分範囲を均等に２分割して分割さ
れた個々の積分範囲での積分値の差が０となる点から極
小あるいは極大となる変位位置を決定することを特徴と
する。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明に係る計測方法を利用した装置の一実
施例を示す説明図である。

図で１０は透明体あるいは金属板等の被測定体で、１２
はこの被８Ｉす定休１０に対向して配置されるレンズで
ある。このレンズ１２は光ファイバーから投光される光
および被測定体１０から反射される光を集光するもので
、実際には収差等を考慮して複数枚のレンズ群から構成
されている。

１４は前記レンズ１２の後側に配置されるプローブであ
り、このプローブ１４は投光用の光フアイバ一群と受光
用の光フアイバ一群から構成される。前記投光用光フア
イバ一群の投光側の端部には、投光部１６が接続され、
前記受光用光フアイバ一群の受光側の端部には反射光量
を受光する受光部１８が設けられる。

２０はこの受光部１８に接続さ４しるフォトダイオード
等の光量−電圧変換器であり、この光量−電圧変換器２
０において受光用のファイバーを透過した光は光量に応
じたアナログ電圧に変換される。２２は前記光量−電圧
変換器２０の出力側に接続されるアナログ−ディジタル
変換器である。

このアナログ−ディジタル変換器２２では前記アナログ
電圧をディジタル信号に変換するとともにノイズを除去
する。２４は前記アナログ−ディジタル変換器２２の出
力側に接続される演算回路である。この演算回路２４で
は数個から数十個のポイントのディジタル信号を順次積
分する。この積分により信号に微弱に含まれていたノイ
ズが除去される。

２６は前記演算回路２４の結果に基づいて制御用モータ
を駆動制御するモータコントローラであり、２８は前記
演算回路２４の演算結果を数値に変換してＬＥＤ表示す
る表示器である。

前記制御用モータは自動焦点装置にあっては、光学系を
支持するステーン等の支持部を焦点位置に合わせて移動
させ位置決めするもので、前記表示器２８は透明体の板
厚あるいは被測定体１０との距離等を表示するものであ
る。

上述したように、演算回路２４には被測定体１０からの
反射光量に応じたディジタル信号が入力され、信号の演
算結果に基づいてモータがコントロールされ、また、Ｌ
ＥＤディスプレイ、積分範囲の変更等の各種キイ操作が
なされる。

次に、この演算回路２４における信号の処理力ａｔ−ａ
明する１図でレンズ１２およびプローブ１４はあらかじ
め被測定体１０から所定距離にセットされ、被測定体１
０に向けて光を照射しつつ徐々に被ｉ１＋１定休１０方
向に近接するように移動される。（レンズ１２とプロー
ブ１４を被８１ｇ定休１０に近接しておき、被測定体１
０から徐々に離すようにしてもよい）前記レンズ１２お
よびプローブ１４はステップモータによって、微小距離
ずつ移動され、この移動にともなって被測定体１０で反
射され受光用の光ファイバーによって受光される光量が
変化する。

水袋Ａにおいては、反射光量のヌルポイントを検知して
、モータを制御し自動的に焦点合わせを行ったり、透明
体にあっては２つのヌルポイントを検知して透明体の厚
みを計測する。第２図の曲線は、上述したようにプロー
ブ１４およびレンズ１２を微小距離ずつ移動させて得ら
れるヌルポイント近傍の反射光量を示す０図で横軸はプ
ローブ１４およびレンズ１２の変位量、縦軸は反射光量
である。

前記ヌルポイントはこのように非常に小さなスケール（
変位）で見た場合は、きわめて幅の広い曲線となって現
れ、極小点の近傍ではほぼたいらな曲線となる。ここで
、前記演算回路２４では、プローブ１４およびレンズ１
２の移動とともに所定間隔で、各位置ごとに反射光量の
データを記憶して積分していく、ただし、演算回路２４
で記憶するデータ数（積分範囲）はあらかじめ所定数に
設定しておくもので、第２図の例では２０ポイントの積
分範囲をとってデータを積分している。したがって、こ
の実施例ではプローブ１４とレンズ１２の移動とともに
２０ポイントずつの積分範囲が移動していくことになる
。そして、前記演算回路２４では２０ポイントの積分範
囲を前後の１０ポイントずつの２つに分け、２つの積分
範囲での反射光量の積分値の差をとる。前記ヌルポイン
トでは、反射光量が極小となり、かつヌルポイントを中
心に前後で曲線が対称となるから、前記積分値の差をと
った際に差がＯとなる点（積分範囲の中心）がヌルポイ
ントとなる。このヌルポイント以外の点においては積分
値に必ず差が現れてくるから、これによってヌルポイン
トを決定することができる。

このように、所定の積分範囲を設定して積分値を比較す
る方法は、複数個のデータをもとに決定するから第２図
のように幅の広い曲線で極小位置を決定する際であって
も正確に決定することができ、データの再現性がきわめ
て良好となるという利点がある。また、データに微弱な
ノイズがのっている場合でも、複数個のデータの積分に
よってならされるのでノイズ蝙左右されずに正確にヌル
ポイントを求めることができる。

実際−に、上記の方法によって計測した結果、きわめて
再現性がよく正確なデータが得られることが確かめられ
た。

なお、上述した実施例では積分する範囲として２０ポイ
ントのデータをとったが、データ数は反射光量曲線のシ
ャープさに応じて適宜変位間隔と積分範囲を設定すれば
よい、また、上述した実施例においては極小点を求めた
が、同様に極大点を求めることも可能であることはいう
までもない。そして、同一の曲線内に極大点と極小点が
混在するような場合は、前記積分範囲で２分した積分値
の差の符号の変化を考慮して決めることができる。

この方法によれば、ヌルポイントを正確に検知すること
ができるので、自動焦点合わせ装置にあっては、演算回
路２４によりモータを制御して正確に焦点位置に位置決
めすることができる。また、透明体の厚み′８１１定の
際は、プローブ１４およびレンズ１２をスイープし、２
つのヌルポイント位置の差を求めて板厚を求めることが
できる。

（発明の効果） 本発−明によれば、上述したように、反射光量曲線の極
小あるいは極大となる変位位置を求める際に、複数個の
データポイントを積分して積分値を比較することによっ
て決めるから、精度を上げた結果反射光量曲線が幅の広
い曲線になったような場合でも、その極値位置を正確に
決定することができ、またノイズに影響されずに正確に
求めることができる。この結果、焦点の位置決めが一層
正確にでき、また、透明体の板厚をさらに正確になし得
るという著効を奏する。

以上１本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが１本発明はこの実施例に限定されるものではなく１
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法を使用した装置の一実施
例を示す説明図、第２図は反射光量の曲線、第３図はプ
ローブ単体とレンズ併用を併用した反射光量を示す曲線
、第４図は透明体および金属の反射光量の出力を示す曲
線である。 １０、・・・被測定体、　１２・・・レンズ、１４・−
・プローブ、　１６・・・投光部、１８・・・受光部、
　２０・・・光量−電圧変換器、　２２・・・アナログ
ディジタル変換器、２４・・・演算回路、　２６・・・
モータコントローラ、　　２８・・・表示器。 第　　　１　　　図 第　　２　　図 反

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、投光用の光ファイバーと受光用の光ファイバーとを
   備えたプローブを使用して被測定体との距離あるいは透
   明な被測定体の厚みを測定すべく、プローブを被測定体
   にたいして相対的に徐々に変位させ、各変位位置におけ
   る反射光量のデータから得られる反射光量曲線の反射光
   量が極小あるいは極大となる変位位置を求める際に、反
   射光量のデータを一定の積分範囲をもって積分し、前記
   積分範囲を均等に２分割して分割された個々の積分範囲
   での積分値の差が０となる点から極小あるいは極大とな
   る変位位置を決定することを特徴とする測距用光ファイ
   バーセンサの受光信号処理方法。