JPH09318349A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH09318349A JPH09318349A JP15767896A JP15767896A JPH09318349A JP H09318349 A JPH09318349 A JP H09318349A JP 15767896 A JP15767896 A JP 15767896A JP 15767896 A JP15767896 A JP 15767896A JP H09318349 A JPH09318349 A JP H09318349A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ダイナミックレンジの拡大を図り且つ高精度な
測定結果を得ることができる光学式変位測定装置を提供
する。 【解決手段】加算器１３は、ＰＳＤよりなる受光素子４
での受光光量に相当する加算器１３の出力（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ）を出力する。フィードバック制御回路１８は、加
算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を略一定に保つように、
比較器１６の出力に基づいて振幅変調回路１７の変調振
幅及び可変増幅器１９1 ，１９2 の増幅度をフィードバ
ック制御する。
測定結果を得ることができる光学式変位測定装置を提供
する。 【解決手段】加算器１３は、ＰＳＤよりなる受光素子４
での受光光量に相当する加算器１３の出力（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ）を出力する。フィードバック制御回路１８は、加
算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を略一定に保つように、
比較器１６の出力に基づいて振幅変調回路１７の変調振
幅及び可変増幅器１９1 ，１９2 の増幅度をフィードバ
ック制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の基準位置か
らの変位を三角測量法を用いて光学的に測定する光学式
変位測定装置に関するものである。
らの変位を三角測量法を用いて光学的に測定する光学式
変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、この種の光学式変位測定装置の
従来例を示す回路ブロック図である。この光学式変位測
定装置は、投光素子たるレーザダイオード１と、レーザ
ダイオード１からの光を細く絞って光ビームを形成する
投光レンズ２とによって投光手段を構成し、この光ビー
ムを物体Ａの表面に照射して物体Ａの表面に投光スポッ
トを形成し、物体Ａ表面での反射光を受光光学系たる受
光レンズ３を通して受光素子４の受光面に結像させ、投
光スポットの像として形成された受光スポットの位置に
応じて受光素子４から出力される位置信号を用いて演算
手段において三角測量法に基づく演算を行うことによ
り、物体Ａの基準位置からの変位を測定するように構成
されている。なお、基準位置に受光素子４を配置した場
合には受光素子４から物体Ａまでの距離を求めることが
できる。受光素子４は、受光面に対する受光スポットの
位置に応じて信号値の比の決まる一対の位置信号（電流
信号）を出力する。なお、各位置信号の信号値は受光素
子４における受光量に応じて増減する。いま、受光スポ
ットの位置に応じて比率の決まる一対の位置信号の信号
値がＩ1 ，Ｉ2 であるときに、両信号を用いて変位に相
当する値を求めるとすると、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋
Ｉ2 ）ないしこの形に類似した演算が必要になることが
知られている。この演算から明らかなように、分母であ
る（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）は受光素子４での全受光量であり、こ
の値を正確に求めなければ変位を精度よく求めることは
できない。また、各信号Ｉ1 ，Ｉ2 についても過大であ
ったり過少であると、演算手段での演算可能な範囲（例
えば、増幅回路のダイナミックレンジ）から逸脱し、変
位を正確に求めることができない。
従来例を示す回路ブロック図である。この光学式変位測
定装置は、投光素子たるレーザダイオード１と、レーザ
ダイオード１からの光を細く絞って光ビームを形成する
投光レンズ２とによって投光手段を構成し、この光ビー
ムを物体Ａの表面に照射して物体Ａの表面に投光スポッ
トを形成し、物体Ａ表面での反射光を受光光学系たる受
光レンズ３を通して受光素子４の受光面に結像させ、投
光スポットの像として形成された受光スポットの位置に
応じて受光素子４から出力される位置信号を用いて演算
手段において三角測量法に基づく演算を行うことによ
り、物体Ａの基準位置からの変位を測定するように構成
されている。なお、基準位置に受光素子４を配置した場
合には受光素子４から物体Ａまでの距離を求めることが
できる。受光素子４は、受光面に対する受光スポットの
位置に応じて信号値の比の決まる一対の位置信号（電流
信号）を出力する。なお、各位置信号の信号値は受光素
子４における受光量に応じて増減する。いま、受光スポ
ットの位置に応じて比率の決まる一対の位置信号の信号
値がＩ1 ，Ｉ2 であるときに、両信号を用いて変位に相
当する値を求めるとすると、（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋
Ｉ2 ）ないしこの形に類似した演算が必要になることが
知られている。この演算から明らかなように、分母であ
る（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）は受光素子４での全受光量であり、こ
の値を正確に求めなければ変位を精度よく求めることは
できない。また、各信号Ｉ1 ，Ｉ2 についても過大であ
ったり過少であると、演算手段での演算可能な範囲（例
えば、増幅回路のダイナミックレンジ）から逸脱し、変
位を正確に求めることができない。
【０００３】図３に示した従来構成をさらに詳しく説明
すると、レーザダイオード１は駆動回路５により発振器
６の発振出力に同期して駆動されており、レーザダイオ
ード１から照射される光ビームは発振器６の発振周期に
同期して変調されている。受光素子４から出力される位
置信号（電流信号）は、それぞれ各別に電流電圧変換回
路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路と称す）７1 ，７2 において
電圧信号に変換され、さらに増幅器８1 ，８2 において
増幅され、各々同期検波回路９1 ，９2 に入力される。
同期検波回路９1 ，９2 では、発振器６の発振出力から
検波のタイミングを決定するタイミング回路１０の出力
に応じて、増幅器８1 ，８2 から出力される電圧信号が
同期検波されて各位置信号の信号成分のみが検波され
る。この検波された各電圧信号が積分回路よりなるロー
パスフィルタ（以下、ＬＰＦと称す）１１1 ，１１2 に
て平滑され、ノイズ分が除去されて演算部１２の減算器
１４及び加算器１３にそれぞれ入力される。さらに、こ
れら減算器１４と加算器１３の出力が除算器１５に入力
され、最終的に除算器１５の出力が演算部１２の出力と
なる。すなわち、上記演算部１２においては、ＬＰＦ１
１1 ，１１2 から出力される各電圧信号をＶ1 ，Ｖ2 と
したとき、（Ｖ1 −Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）という上述
した変位を求めるための演算を行っているに他ならな
い。よって、この演算部１２の出力に基づいて物体Ａの
変位を求めることができるのである。
すると、レーザダイオード１は駆動回路５により発振器
６の発振出力に同期して駆動されており、レーザダイオ
ード１から照射される光ビームは発振器６の発振周期に
同期して変調されている。受光素子４から出力される位
置信号（電流信号）は、それぞれ各別に電流電圧変換回
路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路と称す）７1 ，７2 において
電圧信号に変換され、さらに増幅器８1 ，８2 において
増幅され、各々同期検波回路９1 ，９2 に入力される。
同期検波回路９1 ，９2 では、発振器６の発振出力から
検波のタイミングを決定するタイミング回路１０の出力
に応じて、増幅器８1 ，８2 から出力される電圧信号が
同期検波されて各位置信号の信号成分のみが検波され
る。この検波された各電圧信号が積分回路よりなるロー
パスフィルタ（以下、ＬＰＦと称す）１１1 ，１１2 に
て平滑され、ノイズ分が除去されて演算部１２の減算器
１４及び加算器１３にそれぞれ入力される。さらに、こ
れら減算器１４と加算器１３の出力が除算器１５に入力
され、最終的に除算器１５の出力が演算部１２の出力と
なる。すなわち、上記演算部１２においては、ＬＰＦ１
１1 ，１１2 から出力される各電圧信号をＶ1 ，Ｖ2 と
したとき、（Ｖ1 −Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）という上述
した変位を求めるための演算を行っているに他ならな
い。よって、この演算部１２の出力に基づいて物体Ａの
変位を求めることができるのである。
【０００４】しかしながら、上記従来構成では、（Ｖ1
−Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）という演算を除算器１５によ
り行っているため、除算器１５への入力電圧である（Ｖ
1 ＋Ｖ2 ），（Ｖ1 −Ｖ2 ）が小さくなると変位の測定
誤差が大きくなる。一例として、例えば、除算器１５と
してアナログデバイス社製のアナログ割算ＩＣ（ＡＤ５
３４Ｌ）を用いた場合について説明する。このアナログ
割算ＩＣのフルスケール入力電圧は１０（ｖ）であり、
つまり、受光量に相当する値である（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が１
０（ｖ）の時の誤差は±０．２％であるのに対し、入力
電圧、つまり、（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が１（ｖ）の時の誤差は
±０．８％になり、入力電圧が小さくことにより誤差が
大きくなり測定精度が悪くなる。特に、入力電圧が１
（ｖ）以下の時は、入力電圧の大きさに反比例して誤差
が大きくなる。ところで、レーザダイオード１、受光素
子４や他の構成要素のリニアリティ誤差は容易に０．５
％以下にできるから、除算器１５への入力電圧が小さい
場合には、除算器１５の精度が変位を測定する測定精度
を決定する主要因になっている。例えば、変位の許容誤
差が±１％である場合、１（ｖ）以下の入力電圧での使
用はできないことになり、演算部１２のダイナミックレ
ンジは略１０倍ということになる。
−Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）という演算を除算器１５によ
り行っているため、除算器１５への入力電圧である（Ｖ
1 ＋Ｖ2 ），（Ｖ1 −Ｖ2 ）が小さくなると変位の測定
誤差が大きくなる。一例として、例えば、除算器１５と
してアナログデバイス社製のアナログ割算ＩＣ（ＡＤ５
３４Ｌ）を用いた場合について説明する。このアナログ
割算ＩＣのフルスケール入力電圧は１０（ｖ）であり、
つまり、受光量に相当する値である（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が１
０（ｖ）の時の誤差は±０．２％であるのに対し、入力
電圧、つまり、（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が１（ｖ）の時の誤差は
±０．８％になり、入力電圧が小さくことにより誤差が
大きくなり測定精度が悪くなる。特に、入力電圧が１
（ｖ）以下の時は、入力電圧の大きさに反比例して誤差
が大きくなる。ところで、レーザダイオード１、受光素
子４や他の構成要素のリニアリティ誤差は容易に０．５
％以下にできるから、除算器１５への入力電圧が小さい
場合には、除算器１５の精度が変位を測定する測定精度
を決定する主要因になっている。例えば、変位の許容誤
差が±１％である場合、１（ｖ）以下の入力電圧での使
用はできないことになり、演算部１２のダイナミックレ
ンジは略１０倍ということになる。
【０００５】この演算部１２のダイナミックレンジは、
物体Ａの拡散反射率や受光素子４との距離によって変化
する受光量のダイナミックレンジを決定づけるものであ
り、、この値が１０倍となると、物体Ａの変位を精度良
く求めることができるのは、非常に限られた反射率の物
体Ａだけになる。例えば、白色のセラミックスの反射率
を１００とする指数で表せば、灰色、紺系統の色の物体
の反射率は２〜１０であり、黒色のゴムの反射率は１前
後であり、変位を正確に求めることができない。すなわ
ち、変位を測定する対象となる物体Ａには、金属のよう
に表面に光沢を有したものや表面が黒いもの等があり、
物体の種類によって拡散反射率が大きく異なるものであ
るから、受光素子４に入射する受光光量が物体の種類に
よって大幅に変化することになる。したがって、受光光
量が不足して位置信号Ｉ1 ，Ｉ2の出力値が極端に小さ
くなると、増幅器８1 、８2 の内部雑音と位置信号
Ｉ1 ，Ｉ2 とが識別できなくなって測定誤差が大きくな
ったり、測定ができなくなったりするという問題が生じ
る。一方、受光光量が大きく位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の出力
値が極端に大きい場合には、増幅器８1 、８2 の出力が
飽和することになり、測定誤差が大きくなったり、測定
できなくなったりするという問題が生じる。すなわち、
受光素子での受光光量によっては、物体の基準位置から
の変位を正確に求めることができないという問題が生じ
るのである。しかるに、物体Ａの表面や材質によって
は、測定可能な範囲を逸脱して物体Ａの変位を正確に求
めることが困難になる場合がある。図４中の実線に物
体Ａの反射率の指数の変化に対する分解能の変化を、図
４中の実線に物体Ａの反射率の指数の変化に対する電
圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）の変化を示す。
物体Ａの拡散反射率や受光素子４との距離によって変化
する受光量のダイナミックレンジを決定づけるものであ
り、、この値が１０倍となると、物体Ａの変位を精度良
く求めることができるのは、非常に限られた反射率の物
体Ａだけになる。例えば、白色のセラミックスの反射率
を１００とする指数で表せば、灰色、紺系統の色の物体
の反射率は２〜１０であり、黒色のゴムの反射率は１前
後であり、変位を正確に求めることができない。すなわ
ち、変位を測定する対象となる物体Ａには、金属のよう
に表面に光沢を有したものや表面が黒いもの等があり、
物体の種類によって拡散反射率が大きく異なるものであ
るから、受光素子４に入射する受光光量が物体の種類に
よって大幅に変化することになる。したがって、受光光
量が不足して位置信号Ｉ1 ，Ｉ2の出力値が極端に小さ
くなると、増幅器８1 、８2 の内部雑音と位置信号
Ｉ1 ，Ｉ2 とが識別できなくなって測定誤差が大きくな
ったり、測定ができなくなったりするという問題が生じ
る。一方、受光光量が大きく位置信号Ｉ1 ，Ｉ2 の出力
値が極端に大きい場合には、増幅器８1 、８2 の出力が
飽和することになり、測定誤差が大きくなったり、測定
できなくなったりするという問題が生じる。すなわち、
受光素子での受光光量によっては、物体の基準位置から
の変位を正確に求めることができないという問題が生じ
るのである。しかるに、物体Ａの表面や材質によって
は、測定可能な範囲を逸脱して物体Ａの変位を正確に求
めることが困難になる場合がある。図４中の実線に物
体Ａの反射率の指数の変化に対する分解能の変化を、図
４中の実線に物体Ａの反射率の指数の変化に対する電
圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）の変化を示す。
【０００６】また、距離によって受光光量が変化するた
め、指数が１０以上の拡散反射率を有する物体Ａでも、
受光素子４との距離が遠いと測定できなくなることがあ
る。なお、この種の問題は、除算器１５を用いている限
り起こる問題である。また、図３に示した従来構成のダ
イナミックレンジを大きくするために、Ｉ／Ｖ変換回路
７1 ，７2 の後段の増幅器８1 ，８2 の利得を段階的に
変化させるものもあるが、利得を切り替える際のノイズ
の発生や、切り替え応答時間の遅れの問題があり、広い
ダイナミックレンジにおける連続した測定が困難であ
る。また、各利得におけるゲイン比の誤差が変位の測定
精度に大きく影響し、測定精度が低下するので、測定精
度を維持するための調整に多大な時間と労力を必要とし
ていた。
め、指数が１０以上の拡散反射率を有する物体Ａでも、
受光素子４との距離が遠いと測定できなくなることがあ
る。なお、この種の問題は、除算器１５を用いている限
り起こる問題である。また、図３に示した従来構成のダ
イナミックレンジを大きくするために、Ｉ／Ｖ変換回路
７1 ，７2 の後段の増幅器８1 ，８2 の利得を段階的に
変化させるものもあるが、利得を切り替える際のノイズ
の発生や、切り替え応答時間の遅れの問題があり、広い
ダイナミックレンジにおける連続した測定が困難であ
る。また、各利得におけるゲイン比の誤差が変位の測定
精度に大きく影響し、測定精度が低下するので、測定精
度を維持するための調整に多大な時間と労力を必要とし
ていた。
【０００７】この種の問題を解決するために、図５に示
すような回路構成ものもが知られている。図５に示す構
成は、図３に示した従来構成において、演算部１２にお
ける除算器１５をなくし、その替わりに受光素子４での
受光光量に対応してレーザダイオード１の発光出力をフ
ィードバック制御するようになっている。つまり、加算
器１３の出力が比較器１６において基準電圧値Ｖref と
比較され、両者の差に応じた出力が変調回路１７に出力
されており、一方、振幅変調回路１７は、比較器１６の
出力に応じてタイミング回路１０の出力を振幅変調し、
その変調出力を駆動回路５に与えることでレーザダイオ
ード１の発光出力を可変するようになっている。ゆえ
に、振幅変調回路１７によって比較器１６の出力（加算
器１３の出力と基準電圧値Ｖref との差）を小さくする
ようにレーザダイオード１の発光出力（光量）が調整さ
れ、受光素子４の受光光量が略一定に保たれることにな
る。その結果、図５に示す構成では、加算器１３からの
加算出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が略一定となるので、減算器１
４からの減算出力（Ｖ1 −Ｖ2 ）が（Ｖ1 −Ｖ2 ）／
（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）に比例することになり、除算器１５が必
要で無くなるのである。
すような回路構成ものもが知られている。図５に示す構
成は、図３に示した従来構成において、演算部１２にお
ける除算器１５をなくし、その替わりに受光素子４での
受光光量に対応してレーザダイオード１の発光出力をフ
ィードバック制御するようになっている。つまり、加算
器１３の出力が比較器１６において基準電圧値Ｖref と
比較され、両者の差に応じた出力が変調回路１７に出力
されており、一方、振幅変調回路１７は、比較器１６の
出力に応じてタイミング回路１０の出力を振幅変調し、
その変調出力を駆動回路５に与えることでレーザダイオ
ード１の発光出力を可変するようになっている。ゆえ
に、振幅変調回路１７によって比較器１６の出力（加算
器１３の出力と基準電圧値Ｖref との差）を小さくする
ようにレーザダイオード１の発光出力（光量）が調整さ
れ、受光素子４の受光光量が略一定に保たれることにな
る。その結果、図５に示す構成では、加算器１３からの
加算出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が略一定となるので、減算器１
４からの減算出力（Ｖ1 −Ｖ2 ）が（Ｖ1 −Ｖ2 ）／
（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）に比例することになり、除算器１５が必
要で無くなるのである。
【０００８】このため、図５の構成では、ダイナミック
レンジを拡大する場合、図３の構成に比べて全体の利得
を例えば１００倍大きく設定して、比較器１６に入力さ
れ受光光量に相当する加算器１３の出力電圧（Ｖ1 ＋Ｖ
2 ）が図６に示すように１０（ｖ）一定になるように振
幅変調回路１７の変調電圧を絞りこんでいる（図６中の
参照）。このように、フィードバック制御が働いてい
る間は受光光量に相当する電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が図６中
のに示すように略一定になり、減算器１４からの減算
出力（Ｖ1 −Ｖ2 ）をみるだけで、変位の演算を行った
こととなる。つまり、受光信号の１００倍の変化に対し
て演算が可能であり、ダイナミックレンジが１００倍と
いうことになる。
レンジを拡大する場合、図３の構成に比べて全体の利得
を例えば１００倍大きく設定して、比較器１６に入力さ
れ受光光量に相当する加算器１３の出力電圧（Ｖ1 ＋Ｖ
2 ）が図６に示すように１０（ｖ）一定になるように振
幅変調回路１７の変調電圧を絞りこんでいる（図６中の
参照）。このように、フィードバック制御が働いてい
る間は受光光量に相当する電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が図６中
のに示すように略一定になり、減算器１４からの減算
出力（Ｖ1 −Ｖ2 ）をみるだけで、変位の演算を行った
こととなる。つまり、受光信号の１００倍の変化に対し
て演算が可能であり、ダイナミックレンジが１００倍と
いうことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した従来構成においては、分解能が物体Ａの反射率の
変化に対して図６中に実線で示すようになり、ダイナ
ミックレンジを拡大した分だけ図３に示した従来構成よ
りも悪くなるという不具合がある。例えば、反射率の指
数が１００の白色のセラミックスの場合、分解能が略１
００になってしまうという問題があった。すなわち、図
５に示した構成では、ダイナミックレンジを広く取ろう
とすると、分解能が悪くなり、測定精度も悪くなってし
まうという不具合が生じていた。
示した従来構成においては、分解能が物体Ａの反射率の
変化に対して図６中に実線で示すようになり、ダイナ
ミックレンジを拡大した分だけ図３に示した従来構成よ
りも悪くなるという不具合がある。例えば、反射率の指
数が１００の白色のセラミックスの場合、分解能が略１
００になってしまうという問題があった。すなわち、図
５に示した構成では、ダイナミックレンジを広く取ろう
とすると、分解能が悪くなり、測定精度も悪くなってし
まうという不具合が生じていた。
【００１０】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、ダイナミックレンジの
拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができる光
学式変位測定装置を提供することにある。
あり、その目的とするところは、ダイナミックレンジの
拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができる光
学式変位測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、適宜周期で変調された光ビーム
を物体に照射して前記物体の表面に投光スポットを形成
する投光手段と、前記投光手段から照射された光の物体
表面での反射光を受光光学系を通して受光素子の受光面
に結像させ前記投光スポットの像として形成された受光
スポットの位置に応じて信号値の比率が決まる一対の位
置信号を出力する受光手段と、前記各位置信号を増幅し
増幅度が可変に設定される可変増幅器と、前記可変増幅
器の出力信号に基づいて前記物体の基準位置からの変位
を演算する演算部とを備えた光学式変位測定装置であっ
て、前記演算部は、前記可変増幅器の出力信号同士の減
算をして出力する減算器と、前記可変増幅器の出力信号
同士の加算をして出力する加算器と、前記光ビームの振
幅変調を行う振幅変調回路と、前記受光素子での受光光
量に相当する前記加算器の出力値に応じて前記出力値を
略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率と前記振幅
変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィードバック制
御するフィードバック制御回路とを有することを特徴と
するものであり、前記フィードバック制御回路によって
前記加算器の出力値を略一定に保つように前記可変増幅
器の増幅率と前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれ
かをフィードバック制御するので、ダイナミックレンジ
の拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができ
る。
目的を達成するために、適宜周期で変調された光ビーム
を物体に照射して前記物体の表面に投光スポットを形成
する投光手段と、前記投光手段から照射された光の物体
表面での反射光を受光光学系を通して受光素子の受光面
に結像させ前記投光スポットの像として形成された受光
スポットの位置に応じて信号値の比率が決まる一対の位
置信号を出力する受光手段と、前記各位置信号を増幅し
増幅度が可変に設定される可変増幅器と、前記可変増幅
器の出力信号に基づいて前記物体の基準位置からの変位
を演算する演算部とを備えた光学式変位測定装置であっ
て、前記演算部は、前記可変増幅器の出力信号同士の減
算をして出力する減算器と、前記可変増幅器の出力信号
同士の加算をして出力する加算器と、前記光ビームの振
幅変調を行う振幅変調回路と、前記受光素子での受光光
量に相当する前記加算器の出力値に応じて前記出力値を
略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率と前記振幅
変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィードバック制
御するフィードバック制御回路とを有することを特徴と
するものであり、前記フィードバック制御回路によって
前記加算器の出力値を略一定に保つように前記可変増幅
器の増幅率と前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれ
かをフィードバック制御するので、ダイナミックレンジ
の拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができ
る。
【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記受光素子での受光光量に基準値を設定し、前記
フィードバック制御回路は、前記基準値よりも受光光量
が増加すると前記振幅変調回路の振幅変調度を減少さ
せ、前記基準値よりも受光光量が減少すると可変増幅器
の増幅率を増加させるので、前記加算器の出力値が基準
値よりも大きい場合は前記振幅変調回路の振幅変調度を
制御し、前記加算器の出力値が基準値よりも小さい場合
は前記可変増幅器の増幅度を制御することにより、ダイ
ナミックレンジの拡大を図り且つ高精度な測定結果を得
ることができる。
て、前記受光素子での受光光量に基準値を設定し、前記
フィードバック制御回路は、前記基準値よりも受光光量
が増加すると前記振幅変調回路の振幅変調度を減少さ
せ、前記基準値よりも受光光量が減少すると可変増幅器
の増幅率を増加させるので、前記加算器の出力値が基準
値よりも大きい場合は前記振幅変調回路の振幅変調度を
制御し、前記加算器の出力値が基準値よりも小さい場合
は前記可変増幅器の増幅度を制御することにより、ダイ
ナミックレンジの拡大を図り且つ高精度な測定結果を得
ることができる。
【００１３】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記基準値を１０とするとき、受光光量の許容範囲
を０．１乃至１０００としたので、受光光量が略１の黒
色のゴムからなる物体の変位を求めることができる。請
求項４の発明は、請求項２の発明において、前記基準値
を１０００とするとき、受光光量の許容範囲を１０乃至
１０００００としたので、受光光量が１００の白色のセ
ラミックスからなる物体の変位を求めることができる。
て、前記基準値を１０とするとき、受光光量の許容範囲
を０．１乃至１０００としたので、受光光量が略１の黒
色のゴムからなる物体の変位を求めることができる。請
求項４の発明は、請求項２の発明において、前記基準値
を１０００とするとき、受光光量の許容範囲を１０乃至
１０００００としたので、受光光量が１００の白色のセ
ラミックスからなる物体の変位を求めることができる。
【００１４】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
の発明において、受光素子としてＰＳＤを用いたもので
ある。
の発明において、受光素子としてＰＳＤを用いたもので
ある。
【００１５】
（実施形態１）以下、本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１に本実施形態の光学式変位装置の回路
ブロック図を示す。本光学式変位装置は、図５に示した
構成の従来例と比較して、増幅器８1 ，８2 の替わりに
可変増幅器１９1 ，１９2 を用い、受光素子４での受光
光量に相当する加算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を略一
定に保つように、比較器１６の出力に基づいて振幅変調
回路１７の変調振幅及び可変増幅器１９1 ，１９2 の増
幅度をフィードバック制御するフィードバック制御回路
１８を備えている点で異なる。その他の構成は図５に示
した従来例と同じであるので、説明は省略する。ここ
で、本本光学式変位装置では、受光素子４としてＰＳＤ
（Postion Sensitive Device）を用いている。
て説明する。図１に本実施形態の光学式変位装置の回路
ブロック図を示す。本光学式変位装置は、図５に示した
構成の従来例と比較して、増幅器８1 ，８2 の替わりに
可変増幅器１９1 ，１９2 を用い、受光素子４での受光
光量に相当する加算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を略一
定に保つように、比較器１６の出力に基づいて振幅変調
回路１７の変調振幅及び可変増幅器１９1 ，１９2 の増
幅度をフィードバック制御するフィードバック制御回路
１８を備えている点で異なる。その他の構成は図５に示
した従来例と同じであるので、説明は省略する。ここ
で、本本光学式変位装置では、受光素子４としてＰＳＤ
（Postion Sensitive Device）を用いている。
【００１６】以下、本光学式変位装置の動作を図２を参
照しながら説明する。本光学式変位測定装置では、図２
に示すように、振幅変調回路１７の変調電圧は実線で
示すように１〜１００％、可変増幅器１９1 ，１９2 の
利得も１〜１００％、それぞれ１００倍の可変範囲を持
たせている。ここで、振幅変調回路１７の変調電圧は１
００％の時フル変調（発光パワーを１００％振幅変調す
る）、そして可変利得は１００％の時、従来例の利得よ
り１００倍大きな利得を持たせている。
照しながら説明する。本光学式変位測定装置では、図２
に示すように、振幅変調回路１７の変調電圧は実線で
示すように１〜１００％、可変増幅器１９1 ，１９2 の
利得も１〜１００％、それぞれ１００倍の可変範囲を持
たせている。ここで、振幅変調回路１７の変調電圧は１
００％の時フル変調（発光パワーを１００％振幅変調す
る）、そして可変利得は１００％の時、従来例の利得よ
り１００倍大きな利得を持たせている。
【００１７】ところで、フィードバック制御回路１８
は、振幅変調回路１７の変調振幅と可変増幅器１９1 ，
１９2 の増幅度とを同時に制御することはなく、加算器
１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）に応じて、すなわち、比較器
１６の出力に応じて、振幅変調回路１７又は可変増幅器
１９1 ，１９2 の何れかをフィードバック制御する。例
えば、反射率の指数が１００の場合の受光光量を基準に
して、受光光量が多い場合には、すなわち、物体Ａの反
射率の指数が１００よりも大きい場合は、振幅変調回路
１７の変調電圧を図６中に実線に示すように下げて加
算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）の値が略一定になるよう
に制御する。一方、受光光量が少ない場合には、すなわ
ち、物体Ａの反射率の指数が１００よりも小さい場合
は、可変増幅器１９1 ，１９2 の増幅度を図６中に実線
に示すように大きくして加算器１３の出力電圧（Ｖ1
＋Ｖ2 ）の値が略一定になるように制御する。ここで、
物体Ａの反射率の指数が１００よりも大きい場合は変調
電圧を抑え、物体Ａの反射率の指数が１００よりも小さ
い場合は増幅度を大きくすることで図２中にで示すよ
うな分解能を得ており、従来構成と同等又はそれ以下の
分解能を得ている。ここで受光光量は図２中にで示す
ように略一定値となる。受光つまり、本光学式変位測定
装置では、従来構成と比較して、ダイナミックレンジの
拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができるの
である。また、従来変位の測定が難しいとされていた黒
色のゴム等についても変位を精度良く求めることができ
る。
は、振幅変調回路１７の変調振幅と可変増幅器１９1 ，
１９2 の増幅度とを同時に制御することはなく、加算器
１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）に応じて、すなわち、比較器
１６の出力に応じて、振幅変調回路１７又は可変増幅器
１９1 ，１９2 の何れかをフィードバック制御する。例
えば、反射率の指数が１００の場合の受光光量を基準に
して、受光光量が多い場合には、すなわち、物体Ａの反
射率の指数が１００よりも大きい場合は、振幅変調回路
１７の変調電圧を図６中に実線に示すように下げて加
算器１３の出力（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）の値が略一定になるよう
に制御する。一方、受光光量が少ない場合には、すなわ
ち、物体Ａの反射率の指数が１００よりも小さい場合
は、可変増幅器１９1 ，１９2 の増幅度を図６中に実線
に示すように大きくして加算器１３の出力電圧（Ｖ1
＋Ｖ2 ）の値が略一定になるように制御する。ここで、
物体Ａの反射率の指数が１００よりも大きい場合は変調
電圧を抑え、物体Ａの反射率の指数が１００よりも小さ
い場合は増幅度を大きくすることで図２中にで示すよ
うな分解能を得ており、従来構成と同等又はそれ以下の
分解能を得ている。ここで受光光量は図２中にで示す
ように略一定値となる。受光つまり、本光学式変位測定
装置では、従来構成と比較して、ダイナミックレンジの
拡大を図り且つ高精度な測定結果を得ることができるの
である。また、従来変位の測定が難しいとされていた黒
色のゴム等についても変位を精度良く求めることができ
る。
【００１８】なお、本光学式変位測定装置では、１００
×１００＝１万倍のダイナミックレンジを達成してい
る。また、基準の反射率の指数を白色のセラミッックス
に対応した１００にした場合について説明したが、基準
にとる反射率の指数は１００に限定するものではなく、
例えば、反射率の低い物体を重視して反射率の指数が
０．１〜１０００の物体Ａを測定対象とする場合には基
準として用いる反射率の指数を１０としなければならな
いし、反射率の高い物体を重視して反射率の指数が１０
〜１０００００（正反射光を受光する場合）の物体を測
定対象とする場合には１０００を基準としなければなら
ない。また、回路ブロック仕様として可変範囲がそれぞ
れ１００倍取れるとは限らず、例えば変調電圧の可変可
能範囲が１００倍、増幅度の可変可能範囲が１０倍の
時、全体として１０００倍のダイナミックレンジしか得
られないが、この場合の基準の反射率の指数によって全
体のダイナミックレンジの仕様が決定される。
×１００＝１万倍のダイナミックレンジを達成してい
る。また、基準の反射率の指数を白色のセラミッックス
に対応した１００にした場合について説明したが、基準
にとる反射率の指数は１００に限定するものではなく、
例えば、反射率の低い物体を重視して反射率の指数が
０．１〜１０００の物体Ａを測定対象とする場合には基
準として用いる反射率の指数を１０としなければならな
いし、反射率の高い物体を重視して反射率の指数が１０
〜１０００００（正反射光を受光する場合）の物体を測
定対象とする場合には１０００を基準としなければなら
ない。また、回路ブロック仕様として可変範囲がそれぞ
れ１００倍取れるとは限らず、例えば変調電圧の可変可
能範囲が１００倍、増幅度の可変可能範囲が１０倍の
時、全体として１０００倍のダイナミックレンジしか得
られないが、この場合の基準の反射率の指数によって全
体のダイナミックレンジの仕様が決定される。
【００１９】
【発明の効果】請求項１の発明は、適宜周期で変調され
た光ビームを物体に照射して前記物体の表面に投光スポ
ットを形成する投光手段と、前記投光手段から照射され
た光の物体表面での反射光を受光光学系を通して受光素
子の受光面に結像させ前記投光スポットの像として形成
された受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力する受光手段と、前記各位置信
号を増幅し増幅度が可変に設定される可変増幅器と、前
記可変増幅器の出力信号に基づいて前記物体の基準位置
からの変位を演算する演算部とを備えた光学式変位測定
装置であって、前記演算部は、前記可変増幅器の出力信
号同士の減算をして出力する減算器と、前記可変増幅器
の出力信号同士の加算をして出力する加算器と、前記光
ビームの振幅変調を行う振幅変調回路と、前記受光素子
での受光光量に相当する前記加算器の出力値に応じて前
記出力値を略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率
と前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィー
ドバック制御するフィードバック制御回路とを有するの
で、前記フィードバック制御回路によって前記加算器の
出力値を略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率と
前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィード
バック制御するから、ダイナミックレンジの拡大を図り
且つ高精度な測定結果を得ることができるという効果が
ある。
た光ビームを物体に照射して前記物体の表面に投光スポ
ットを形成する投光手段と、前記投光手段から照射され
た光の物体表面での反射光を受光光学系を通して受光素
子の受光面に結像させ前記投光スポットの像として形成
された受光スポットの位置に応じて信号値の比率が決ま
る一対の位置信号を出力する受光手段と、前記各位置信
号を増幅し増幅度が可変に設定される可変増幅器と、前
記可変増幅器の出力信号に基づいて前記物体の基準位置
からの変位を演算する演算部とを備えた光学式変位測定
装置であって、前記演算部は、前記可変増幅器の出力信
号同士の減算をして出力する減算器と、前記可変増幅器
の出力信号同士の加算をして出力する加算器と、前記光
ビームの振幅変調を行う振幅変調回路と、前記受光素子
での受光光量に相当する前記加算器の出力値に応じて前
記出力値を略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率
と前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィー
ドバック制御するフィードバック制御回路とを有するの
で、前記フィードバック制御回路によって前記加算器の
出力値を略一定に保つように前記可変増幅器の増幅率と
前記振幅変調回路の振幅変調度とのいずれかをフィード
バック制御するから、ダイナミックレンジの拡大を図り
且つ高精度な測定結果を得ることができるという効果が
ある。
【００２０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記受光素子での受光光量に基準値を設定し、前記
フィードバック制御回路は、前記基準値よりも受光光量
が増加すると前記振幅変調回路の振幅変調度を減少さ
せ、前記基準値よりも受光光量が減少すると可変増幅器
の増幅率を増加させるので、前記加算器の出力値が基準
値よりも大きい場合は前記振幅変調回路の振幅変調度を
制御し、前記加算器の出力値が基準値よりも小さい場合
は前記可変増幅器の増幅度を制御することにより、ダイ
ナミックレンジの拡大を図り且つ高精度な測定結果を得
ることができるという効果がある。
て、前記受光素子での受光光量に基準値を設定し、前記
フィードバック制御回路は、前記基準値よりも受光光量
が増加すると前記振幅変調回路の振幅変調度を減少さ
せ、前記基準値よりも受光光量が減少すると可変増幅器
の増幅率を増加させるので、前記加算器の出力値が基準
値よりも大きい場合は前記振幅変調回路の振幅変調度を
制御し、前記加算器の出力値が基準値よりも小さい場合
は前記可変増幅器の増幅度を制御することにより、ダイ
ナミックレンジの拡大を図り且つ高精度な測定結果を得
ることができるという効果がある。
【００２１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記基準値を１０とするとき、受光光量の許容範囲
を０．１乃至１０００としたので、受光光量が略１の黒
色のゴムからなる物体の変位を求めることができるとい
う効果がある。請求項４の発明は、請求項２の発明にお
いて、前記基準値を１０００とするとき、受光光量の許
容範囲を１０乃至１０００００としたので、受光光量が
１００の白色のセラミックスからなる物体の変位を求め
ることができるという効果がある。
て、前記基準値を１０とするとき、受光光量の許容範囲
を０．１乃至１０００としたので、受光光量が略１の黒
色のゴムからなる物体の変位を求めることができるとい
う効果がある。請求項４の発明は、請求項２の発明にお
いて、前記基準値を１０００とするとき、受光光量の許
容範囲を１０乃至１０００００としたので、受光光量が
１００の白色のセラミックスからなる物体の変位を求め
ることができるという効果がある。
【００２２】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
の発明において、受光素子としてＰＳＤを用いたもので
ある。
の発明において、受光素子としてＰＳＤを用いたもので
ある。
【図１】実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】同上の動作を説明図である。
【図３】従来例を示す回路ブロック図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】他の従来例を示す回路回路ブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
１ レーザダイオード ４ ＰＳＤ ７1 ，７2 電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ変換回路） ９1 ，９2 同期検波回路 １０ タイミング回路 １１1 ，１１2 ローパスフィルタ（ＬＰＦ） １２ 演算部 １６ 比較器 １７ 変調回路 １８ フィードバック制御回路 １９1 ，１９2 可変増幅器 Ｖref 基準電圧 Ａ 物体
Claims (5)
- 【請求項１】 適宜周期で変調された光ビームを物体に
照射して前記物体の表面に投光スポットを形成する投光
手段と、前記投光手段から照射された光の物体表面での
反射光を受光光学系を通して受光素子の受光面に結像さ
せ前記投光スポットの像として形成された受光スポット
の位置に応じて信号値の比率が決まる一対の位置信号を
出力する受光手段と、前記各位置信号を増幅し増幅度が
可変に設定される可変増幅器と、前記可変増幅器の出力
信号に基づいて前記物体の基準位置からの変位を演算す
る演算部とを備えた光学式変位測定装置であって、前記
演算部は、前記可変増幅器の出力信号同士の減算をして
出力する減算器と、前記可変増幅器の出力信号同士の加
算をして出力する加算器と、前記光ビームの振幅変調を
行う振幅変調回路と、前記受光素子での受光光量に相当
する前記加算器の出力値に応じて前記出力値を略一定に
保つように前記可変増幅器の増幅率と前記振幅変調回路
の振幅変調度とのいずれかをフィードバック制御するフ
ィードバック制御回路とを有することを特徴とする光学
式変位測定装置。 - 【請求項２】 前記受光素子での受光光量に基準値を設
定し、前記フィードバック制御回路は、前記基準値より
も受光光量が増加すると前記振幅変調回路の振幅変調度
を減少させ、前記基準値よりも受光光量が減少すると可
変増幅器の増幅率を増加させることを特徴とする請求項
１記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項３】 前記基準値を１０とするとき、受光光量
の許容範囲を０．１乃至１０００としたことを特徴とす
る請求項２記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項４】 前記基準値を１０００とするとき、受光
光量の許容範囲を１０乃至１０００００としたことを特
徴とする請求項２記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項５】 受光素子としてＰＳＤを用いたことを特
徴とする請求項１乃至請求項４記載の光学式変位測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767896A JP3974670B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767896A JP3974670B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318349A true JPH09318349A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3974670B2 JP3974670B2 (ja) | 2007-09-12 |
Family
ID=15655001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15767896A Expired - Fee Related JP3974670B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3974670B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006175629A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Konica Minolta Holdings Inc | 微小液滴の検出装置、微小液滴の検出方法及びインクジェット記録装置 |
| JP2012091518A (ja) * | 2011-12-16 | 2012-05-17 | Konica Minolta Holdings Inc | 液滴の検出装置、液滴の検出方法及びインクジェット記録装置 |
| CN103308084A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-09-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于增量式位移测量装置的光电接收传感器 |
| JP2015526707A (ja) * | 2012-06-25 | 2015-09-10 | オラクル・インターナショナル・コーポレイション | 横方向テープ移動検出器 |
-
1996
- 1996-05-28 JP JP15767896A patent/JP3974670B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006175629A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Konica Minolta Holdings Inc | 微小液滴の検出装置、微小液滴の検出方法及びインクジェット記録装置 |
| JP2012091518A (ja) * | 2011-12-16 | 2012-05-17 | Konica Minolta Holdings Inc | 液滴の検出装置、液滴の検出方法及びインクジェット記録装置 |
| JP2015526707A (ja) * | 2012-06-25 | 2015-09-10 | オラクル・インターナショナル・コーポレイション | 横方向テープ移動検出器 |
| CN103308084A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-09-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于增量式位移测量装置的光电接收传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3974670B2 (ja) | 2007-09-12 |
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