JPH09318322A

JPH09318322A - 光学式変位測定装置

Info

Publication number: JPH09318322A
Application number: JP8157679A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takada; 裕司高田; Hiroshi Matsuda; 啓史松田; Naoyuki Nishikawa; 尚之西川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP3661278B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジが大きく、かつ高精度な測
距が可能であり、回路構成要素の少ない光学式変位測定
装置を提供する。【解決手段】位置検出素子２１から出力される一対の位
置信号Ｉ１，Ｉ２をスイッチ回路３１を通して１系統の
回路で時分割的に処理する。受光側に可変増幅器２４を
設けるとともに、発光側に光出力を変える変調回路１５
を設け、位置信号Ｉ１，Ｉ２の加算値が一定に保たれる
ように増幅率と光出力とをフィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム光を対象物
に照射し、対象物からの反射光を検出することにより、
三角測量法によって対象物までの距離や、対象物の基準
位置からの変位を検出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】従来より、図２９に示すように、レーザ
ダイオード１１から出射した赤外光を投光レンズ１２を
通すことにより得たビーム光を対象物３に照射し、対象
物３からの拡散反射光を受光光学系である受光レンズ２
２を通して位置検出素子２１で受光することにより三角
測量法の原理を適用して対象物３までの距離（あるいは
基準位置からの変位）を求めるようにした光学式変位測
定装置が知られている。すなわち、対象物３にビーム光
を照射することにより対象物３の表面に形成される投光
スポットの像を受光レンズ２２を通して位置検出素子２
１の受光面に結像させて受光スポットを形成し、対象物
３までの距離が変化すると受光スポットの形成される位
置が変化することを利用して対象物３までの距離を求め
るようにしてある。

【０００３】レーザダイオード１１は、発振器１３より
出力されＬＤ駆動回路１４を通った駆動信号により駆動
され、変調されたレーザ光を出力する。位置検出素子２
１には、受光スポットの移動方向に長手方向を一致させ
るように配置したＰＳＤ（Position Sensitive Device)
や２個のフォトダイオードを受光スポットの移動方向に
配列したものが用いられている。ＰＳＤはｐｉｎ構造を
有する半導体素子であって、受光面の長手方向の両端部
に設けた一対の電極と共通電極とを備え、受光面に光ス
ポットが形成されると光スポットの位置で両端部の電極
間の抵抗が光スポットの位置に応じて分割されるもので
ある。すなわち、共通電極より定電流を供給することに
よって、両端部の電極からは光スポットの位置に応じた
比率の電流値を持つ位置信号Ｉ１，Ｉ２が出力されるの
である。このように、光スポットの位置が位置信号Ｉ
１，Ｉ２の比率に対応するから、ＰＳＤの受光面に形成
される光スポットの位置は（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ
２）もしくはこれを修正した値の関数になる。

【０００４】そこで、位置検出素子２１より出力された
電流信号である位置信号Ｉ１，Ｉ２を、それぞれＩ／Ｖ
変換回路２３ａ，２３ｂにより電圧信号に変換し、さら
に電圧信号をそれぞれ増幅器２４ａ，２４ｂにより増幅
した後、検波回路２５ａ，２５ｂで同期検波することに
より信号成分Ｖｄ１，Ｖｄ２のみを抽出する。検波回路
２５ａ，２５ｂは、発振器１３の出力に基づいてタイミ
ング回路２８により生成されたタイミング信号によって
検波のタイミングが制御されている。このようにして抽
出された信号成分Ｖｄ１，Ｖｄ２は、脈流波形状（レー
ザ光が変調されていることによる）であるから、信号レ
ベルを抽出するために積分回路（実際にはローパスフィ
ルタ＝ＬＰＦを用いている）２６ａ，２６ｂによって各
検波回路２５ａ，２５ｂの出力値を平均化した位置情報
信号Ｖ１，Ｖ２を求める。この位置情報信号Ｖ１，Ｖ２
は位置信号Ｉ１，Ｉ２の信号値に比例した信号値をする
電圧信号であるから、演算部２７において（Ｖ１−Ｖ
２）／（Ｖ１＋Ｖ２）を求めれば、対象物３までの距離
に相当する情報を得ることができる。すなわち、演算部
２７は、（Ｖ１−Ｖ２）を求める差演算部２７ａと、
（Ｖ１＋Ｖ２）を求める和演算部２７ｂと、差演算部２
７ａの出力値を和演算部２７ｂの出力値で除算する割算
部２７ｃとからなる。ここに、和演算部２７ｂで求めた
（Ｖ１＋Ｖ２）は、位置検出素子２１の全電流（Ｉ１＋
Ｉ２）に相当する値であって受光量に対応しているか
ら、アナログ出力の出力値は、対象物３の表面の反射率
やレーザダイオード１１によるレーザ光の強度の相違に
よる受光量の変化が演算部２７より出力される影響され
ないように正規化されていることになる。つまり、理想
的には受光量が変動しても対象物３までの距離を求める
ことができることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来構成には次のような問題点がある。すなわち、位
置検出素子２１から出力される２つの位置信号Ｉ１，Ｉ
２を位置情報信号Ｖ１，Ｖ２に変換するまでの過程で、
各位置信号Ｉ１，Ｉ２の処理に別系統の回路を設けてい
るから、Ｉ／Ｖ変換回路２３ａ，２３ｂ、増幅器２４
ａ，２４ｂ、検波回路２５ａ，２５ｂ、積分回路２６
ａ，２６ｂがそれぞれ２個ずつ必要になっている。その
結果、部品点数が増加して大型化し、またコスト増につ
ながるという問題が生じる。

【０００６】また、２系統の回路は同一特性をもってい
なければならないが、構成部品のばらつきによって２系
統の回路のゲインに差が生じることになり、各位置情報
信号Ｖ１，Ｖ２ごとの位置信号Ｉ１，Ｉ２との関係が異
なることになり、結果的に演算部２７の演算結果に誤差
が生じることになる。この種のゲインの差は、素子の定
数のばらつきや経時変化による誤差、各回路の温度特性
の相違によって周囲温度が変化したときに生じる誤差、
各回路の周波数特性の相違によって対象物３が移動した
ときに生じる誤差（過渡的誤差）などがある。

【０００７】さらに、演算部２７には割算部２７ｃが設
けられており、割算部２７ｃは一般に集積回路として提
供されている除算器（たとえば、ＡＤ５３４（アナログ
デバイセス社））を用いて実現される。この種の除算器
は電圧入力である入力値が低下すると出力値の精度が急
速に悪化するという問題がある。たとえば、ＡＤ５３４
Ｌ（アナログデバイセス社）という除算器は、入力電圧
の最大値が１０Ｖであって、入力電圧が１０Ｖのときに
は出力値の誤差は±０．２％であるのに対して、入力電
圧が１Ｖのときには出力値の誤差は±０．８％になる。
このように入力電圧が１０分の１になると出力値の誤差
が４倍に増加するという問題がある。また、入力電圧が
１Ｖ以下になると入力電圧に反比例して誤差が増加する
（つまり、入力電圧の低下に伴って誤差が急速に増加す
る）。

【０００８】除算器の出力値の誤差は測距精度に直接影
響するものであり、他の回路部分の誤差を０．５％以下
とするのは比較的容易であるから、結局、除算器の出力
値の誤差が測距精度を決定する最大の要因になってい
る。上述の除算器を用いて誤差１％以下を実現しようと
すれば、割算部２７ｃへの入力電圧は１Ｖ以上でなけれ
ばならず、演算部２７のダイナミックレンジは高々１０
倍ということになる。

【０００９】一方、白色のセラミックスの反射率を１０
０とする指数で表せば、灰色や紺色の対象物３の反射率
は５〜１０、黒いゴムは１程度になる。つまり、白色の
セラミックスを対象物３とするときに割算部２７ｃの入
力電圧（分母）が１０Ｖであったとすると、同距離に位
置する対象物３の反射率の指数が１０以上でなければ測
距が不可能になる。図３０にこの関係を示す。図３０に
おける太線の範囲が入力電圧の範囲であり、細線の範囲
は分解能（精度に関連する）の範囲である。また、図３
０の斜線部は測距が不可能である範囲を示す。つまり、
反射率の指数が１０〜１００の範囲しか測距することが
できないのである。

【００１０】また、対象物３までの距離によっても受光
量は変化するから、反射率の指数が１０以上であっても
距離が大きくなれば測距が不可能になる。このような問
題は割算部２７ｃを構成する集積回路にダイナミックレ
ンジが大きく、高精度なものを用いたとしても同様に生
じるものであり、多少の改善は望めたとしても根本的な
解決にはならないものである。また、ダイナミックレン
ジが大きく高精度な除算器は高価であり、コスト増につ
ながるという問題が生じる。

【００１１】割算部２７ｃのダイナミックレンジを補償
する試みとしては、増幅器２４ａ，２４ｂの増幅率を受
光量に応じて段階的に切り換える技術が提案されてい
る。しかしながら、増幅率を変更する際のノイズの発生
や増幅率の変更に要する切換時間の遅れなどにより、受
光量の広範囲な変化に追随して連続的に測距結果を得る
のが難しいという問題がある。さらに、上述のように増
幅率の誤差は測距精度に影響するから、増幅率を切り換
えることによって増幅率のばらつきが生じやすく、測距
精度を維持するための調整に多大な時間と労力を要する
という問題が生じる。

【００１２】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、受光量に対するダイナミックレンジ
が大きく、かつ高精度な測距が可能であって、しかも回
路構成要素を従来よりも削減することが可能な光学式変
位測定装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、適宜
周期で変調されたビーム光を発光素子から対象物に照射
し、対象物の表面に形成される投光スポットを位置検出
素子の受光面に結像させることにより得た受光スポット
の位置に基づいて対象物の基準位置からの変位を検出す
る光学式変位測定装置において、位置検出素子は受光ス
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
信号を出力し、位置信号をビーム光の変調周期の整数倍
周期で交互に通過させるスイッチ回路と、スイッチ回路
を通過した位置信号を増幅する可変増幅器と、可変増幅
器の出力を検波するとともに検波出力に基づいて対象物
の変位に相当する測距信号および位置検出素子での受光
量に相当する信号を出力する信号処理部と、位置検出素
子での受光量に相当する前記信号をほぼ一定に保つよう
に発光素子の光出力と可変増幅器の増幅率との少なくと
も一方をフィードバック制御するフィードバック制御回
路とを備えることを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、発光側と受光側とでそ
れぞれ受光量に相当する信号をほぼ一定に保つようにフ
ィードバック制御を行なうから、受光量に対するダイナ
ミックレンジが非常に大きくなる。また、位置信号はス
イッチ回路を通して１系統で処理しているから部品のば
らつきによる誤差の発生が少なくなる。その結果、高精
度な測距が可能であって、しかも回路構成要素を従来よ
りも削減することが可能になる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記位置検出素子での受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量
が増加すると発光素子の光出力を減少させ、前記基準値
よりも受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。この構成によれば、受光量が増
加すれば光出力を減少させることで飽和を防止し、また
受光量が減少すると増幅率を高めて信号がノイズに埋も
れるのを防止することができる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記スイッチ回路がビーム光の変調周期の２倍以上
に設定されていることを特徴とする。この構成によれ
ば、スイッチ回路の切換周期が長くなることによってス
イッチ回路のスイッチングノイズの影響が軽減される。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記位置
検出素子より出力される位置信号が電流信号であって、
各位置信号をそれぞれ電流−電圧変換するＩ／Ｖ変換回
路を前記スイッチ回路よりも前段に設けたことを特徴と
する。

【００１７】この構成によれば、微小な電流信号を電圧
信号に変換してからスイッチ回路に入力するから、スイ
ッチ回路のスイッチングノイズの影響を受けにくくな
る。請求項５の発明は、適宜周期で変調されたビーム光
を発光素子から対象物に照射し、対象物の表面に形成さ
れる投光スポットを位置検出素子の受光面に結像させる
ことにより得た受光スポットの位置に基づいて対象物の
基準位置からの変位を検出する光学式変位測定装置にお
いて、位置検出素子は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し、位置信号を
ビーム光の変調周期の整数倍周期で交互に通過させるス
イッチ回路と、スイッチ回路を通過した位置信号の極性
をビーム光の変調周期の半周期毎に反転させるとともに
各位置信号を同極性とした和信号と異極性とした差信号
とを求める検波・演算回路と、和信号と差信号との各平
均値を求める一対の積分回路と、各積分回路の出力のう
ち差信号の平均値を和信号の平均値で除算する割算部と
を備えることを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、差を求める演算や和を
求める演算が不要になり、和差の演算のばらつきによる
測定誤差を防止することができる。請求項６の発明は、
請求項５の発明において、検波・演算回路が、前記和信
号を求めた後に和信号の成分のうち一方の位置信号に相
当する成分の極性を反転させて差信号を生成することを
特徴とする。

【００１９】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、検波・演算回路が、前記差信号を求めた後に差信号
の成分のうち一方の位置信号に相当する成分の極性を反
転させて和信号を生成することを特徴とする。請求項
６、請求項７の発明は、請求項５の発明の望ましい実施
態様である。請求項８の発明は、適宜周期で変調された
ビーム光を発光素子から対象物に照射し、対象物の表面
に形成される投光スポットを位置検出素子の受光面に結
像させることにより得た受光スポットの位置に基づいて
対象物の基準位置からの変位を検出する光学式変位測定
装置において、位置検出素子は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し、位
置信号をビーム光の変調周期の整数倍周期で交互に通過
させるスイッチ回路と、スイッチ回路を通過した位置信
号の極性をビーム光の変調周期の半周期毎に反転させる
とともに一方の位置信号と他方の位置信号に係数を乗じ
た信号とを同極性とした和信号と両位置信号を異極性と
した差信号とを求め、かつ和信号と差信号との平均値を
求める検波・演算手段と、差信号の平均値を和信号の平
均値で除算する割算部とを備えることを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、差を求める演算や和を
求める演算が不要になり、和差の演算のばらつきによる
測定誤差を防止することができる。しかも、位置信号の
一方に係数を乗じることになるから、位置検出素子の非
線形正を補正することが可能である。請求項９の発明
は、請求項８の発明において、検波・演算手段が、前記
差信号を求めた後に、差信号の一方の極性の信号成分に
係数を乗じた信号を反転して他方の極性の信号に加算す
ることにより和信号を生成することを特徴とする。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項８の発明にお
いて、検波・演算手段が、前記差信号を求めた後に、差
信号の各極性の信号成分を抽出し抽出した一方の信号成
分に係数を乗じて抽出した他方の信号成分に加算するこ
とにより和信号を生成することを特徴とする。請求項１
１の発明は、請求項８の発明において、検波・演算手段
が、前記差信号を求めた後に、差信号の一方の極性の信
号成分を抽出し、抽出した信号成分に係数を乗じた信号
と差信号とに基づいて和信号を生成することを特徴とす
る。

【００２２】請求項１２の発明は、請求項８の発明にお
いて、検波・演算手段が、各位置信号に相当する信号成
分が同極性である信号を求めた後に、前記信号の一方の
極性の信号成分を抽出するとともに前記信号の一方の極
性の信号成分を反転して差信号を生成し、前記信号と抽
出した一方の極性の信号成分とに基づいて和信号を生成
することを特徴とする。

【００２３】請求項９ないし請求項１２の発明は請求項
８の発明の望ましい実施態様である。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１に本実施形態の構成を示す。対象物
３に照射されるビーム光は、従来構成と同様にレーザダ
イオード１１から出射された赤外光を投光レンズ１２を
通すことによって得られる。従来構成では発振器１３の
出力をＬＤ駆動回路１４を通してレーザダイオード１１
に与えているが、本実施形態では、発振器１３の出力を
タイミング回路２８に通して得たタイミング信号ｔ２を
キャリアとして変調器１５に入力し、変調器１５では後
述するフィードバック制御回路１６の出力によりキャリ
アを振幅変調してＬＤ駆動回路１４に入力する。つま
り、レーザダイオード１１の発光強度はフィードバック
制御回路１６の出力値に応じて変化する。

【００２５】一方、対象物３にビーム光を照射すること
により対象物３の表面に形成された投光スポットは受光
レンズ２２を通してＰＳＤよりなる位置検出素子２１の
受光面に結像され、位置検出素子２１の受光面に形成さ
れた受光スポットの位置に応じて位置検出素子２１から
は２つの位置信号Ｉ１，Ｉ２が出力される。両位置信号
Ｉ１，Ｉ２の出力値は受光スポットの位置に応じて比率
が決まるから、位置信号Ｉ１，Ｉ２の信号値から対象物
３の基準位置からの変位を求めることができる。ここ
に、位置検出素子２１の受光面の有効長の中心に受光ス
ポットが形成されるときのビーム光の延長線上での対象
物３の位置を基準位置としてこの基準位置からの対象物
３の距離の変化を変位として求めるが、投光レンズ１２
の中心位置を基準位置として設定しておき対象物３まで
の距離を求めてもよい。

【００２６】本実施形態では、従来２系統を必要として
いた回路の前後にスイッチ回路３１，３２を設けること
によって２系統の信号を時分割的に処理することで１系
統の回路で処理可能とした点に１つの特徴を有してい
る。すなわち、位置検出素子２１から出力された位置信
号Ｉ１，Ｉ２はスイッチ回路３１を通して択一的にＩ／
Ｖ回路２３に入力される。位置信号Ｉ１，Ｉ２は図２に
示すように、外乱光などにより生じる直流成分ＤＣ１，
ＤＣ２を中心とする正弦波状の信号であって、振幅の比
率が受光スポットの位置に相当する。両位置信号Ｉ１，
Ｉ２のうちのどちらをＩ／Ｖ変換回路２３に入力するか
は、タイミング回路２８より出力される切換信号ｔ１に
より制御される。ここに、切換信号ｔ１は図２に示すよ
うに、タイミング信号ｔ２の２倍の周期を持つように設
定してある。

【００２７】Ｉ／Ｖ変換回路２３の出力は可変増幅器２
４に入力され、適宜の増幅率で増幅される。可変増幅器
２４は上述したフィードバック制御回路１６の出力に応
じて増幅率が連続的に調節される増幅器であって、具体
的な動作については後述する。可変増幅器２４の出力信
号Ｖａ１．Ｖａ２は位置信号Ｉ１，Ｉ２をスイッチ回路
３１の切換タイミングで接続した信号に相当し、この信
号には外乱光などにより位置信号Ｉ１，Ｉ２の直流成分
ＤＣ１，ＤＣ２に相当するオフセット電圧Ｖｄｃ１，Ｖ
ｄｃ２が含まれている。この出力信号Ｖａ１．Ｖａ２は
検波回路２５により同期検波され（ここでの同期検波
は、レーザダイオード１１から出射されるビーム光の変
調周期の半周期毎に入力信号を反転する処理である）、
信号成分Ｖｂ１．Ｖｂ２が抽出される。したがって、信
号成分Ｖｂ１．Ｖｂ２はオフセット電圧Ｖｄｃ１，Ｖｄ
ｃ２を反転した成分を含むことになる。つまり、一方の
極性の脈流波形ではオフセット電圧がＶｄｃ１，Ｖｄｃ
２であるときに、他方の極性の脈流波形ではオフセット
電圧が−Ｖｄｃ１，−Ｖｄｃ２になる。

【００２８】要するに、。検波回路２５はタイミング回
路２８からのタイミング信号ｔ２に同期して入力信号を
検波するものであり、タイミング信号ｔ２がＨレベルの
期間には可変増幅器２４の出力信号Ｖａ１．Ｖａ２をそ
のまま取り出し、タイミング信号ｔ２がＬレベルの期間
には可変増幅器２４の出力信号Ｖａ１．Ｖａ２の極性を
反転して取り出す。また、同期検波の際には可変増幅器
２４の出力信号Ｖａ１．Ｖａ２が保有していたオフセッ
ト電圧Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２を打ち消すようなオフセット
電圧−Ｖｄｃ１，−Ｖｄｃ２が生成され信号成分Ｖｂ
１．Ｖｂ２に含まれることになる。この信号成分Ｖｂ
１．Ｖｂ２はスイッチ回路３１と同期するように切換信
号ｔ１により制御されるスイッチ回路３２によって、位
置信号Ｉ１，Ｉ２に対応した脈流波形状の信号成分Ｖｄ
１，Ｖｄ２に分離される。

【００２９】スイッチ回路３２により分離された信号成
分Ｖｄ１，Ｖｄ２はそれぞれ積分回路（実際にはローパ
スフィルタ＝ＬＰＦ）２６ａ，２６ｂに入力され、直流
成分が取り出されることによって上述のオフセット電圧
が相殺されて除去される。積分回路２６ａ，２６ｂから
出力される位置情報信号Ｖ１，Ｖ２は差演算部２７ａに
入力され、差演算部２７ａからは位置信号Ｉ１，Ｉ２の
信号値の差に相当する信号を得ることができる。

【００３０】また、位置情報信号Ｖ１，Ｖ２は和演算部
２７ｂに入力され、位置信号Ｉ１，Ｉ２の信号値の和に
相当する信号を得る。和演算部２７ｂの出力は、位置検
出素子２１での受光光量に相当するのであって、本実施
形態では比較回路１７によってこの情報を基準電圧Ｖｒ
ｅｆと比較し、比較回路１７は基準電圧Ｖｒｅｆにより
定められている基準の受光量と実際の受光量との差に相
当する出力をフィードバック制御回路１６に入力する。
上述したように、フィードバック制御回路１６の出力は
レーザダイオード１１の発光量を決定するから、位置検
出素子１１の受光量を基準電圧Ｖｒｅｆで決まる受光量
に保つように、レーザダイオード１１の発光量をフィー
ドバック制御することになり、結果的に位置検出素子１
２の受光量を一定に保つことになる。また、フィードバ
ック制御回路１６は受光量（つまり和演算部２７ｂの出
力）が一定に保たれるように可変増幅器２４の増幅率を
調節するのであって、結果的に和演算部２７ｂの出力値
は一定に保たれることになる。

【００３１】上述のように、和演算部２７ｂの出力を一
定に保つようなフィードバック制御を行なっていること
により、（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）の演算におい
て分母を一定に保つことができ、結果的に（Ｖ１−Ｖ
２）を求めるだけで対象物３までの距離を求めることが
可能になるのである。要するに、分母が一定であること
が保証されることにより、分母を求める必要がなくなる
のである。すなわち、本実施形態においては、差演算部
２７ａと和演算部２７ｂとのほかに変調回路１５、フィ
ードバック制御回路１６、比較回路１７、可変増幅器２
４も演算部２７′の構成要素になる。

【００３２】ところで、上述の回路構成において、フィ
ードバック制御回路１６の出力によるレーザダイオード
１１の光出力の可変範囲（変調電圧）および可変増幅器
２４の増幅率の可変範囲を、それぞれ１〜１００％と
し、変調電圧が１００％のときにレーザダイオード１１
から従来構成と同様の光出力が得られ、可変増幅器２４
は１％のときに従来構成の増幅器と同様の増幅率になる
ものする。また、反射率の基準となる対象物３（たとえ
ば、白色のセラミックス）が所定距離に位置するときの
受光量を１００とする指数（この状態を反射率の指数が
１００であるものとする）を設定し、このときの変調電
圧（つまり光出力）を１００％、可変増幅器２４の増幅
率を１％とする。反射率（受光量）が１００よりも大き
いときには図３にで示すように反射率が大きいほど変
調電圧を下げるようにし、反射率が１００よりも小さい
ときには図３にで示すように反射率が小さいほど可変
増幅器２４の増幅率を大きくする。このように変調電圧
と可変増幅器２４の増幅率とをそれぞれ１００倍ずつ変
化させることができるから、ダイナミックレンジは１０
０×１００＝１００００倍になる。また、受光量が基準
値（指数１００）よりも大きいときには変調電圧を小さ
くし、基準値よりも小さいときには増幅率を大きくして
いるから、分解能は図３にで示すように高い分解能を
保つ。なお、受光量に対応する電圧は図３にで示すよ
うに一定に保たれる。このように、ダイナミックレンジ
を大幅に高め、かつ測距精度が高くなるのである。図３
の斜線部は測距が不可能な範囲を示す。

【００３３】なお、上述の説明では基準の受光量を１０
０としているが、要求仕様や個々の回路構成の仕様など
に応じて最適値に設定すればよい。たとえば、反射率の
小さい対象物３を重視する場合であって、０．１〜１０
００という範囲の受光量に対応できるようにしたければ
受光量の基準値が１０になるように設定すればよい。ま
た、反射率の高い対象物３を重視する場合であって、１
０〜１０００００という範囲の受光量に対応できるよう
にしたければ受光量の基準値が１０００になるように設
定すればよい。また、変調電圧と可変増幅器２４の増幅
率とのうち少なくとも一方の可変範囲を１００倍に設定
することができないのであれば、ダイナクミックレンジ
は小さくなるが、それでも従来構成のダイナミックレン
ジが１０倍であるのに比較すれば十分に大きなダイナミ
ックレンジを得ることが可能である。たとえば、変調電
圧の可変範囲が１００倍であり、可変増幅器２４の増幅
率の可変範囲が１０倍であるときには、ダイナミックレ
ンジは１０００倍になるが、受光量の基準値を適宜に設
定することで、広範囲にわたる測距が可能になるのであ
る。

【００３４】上述した構成では、位置検出素子２１から
出力される位置信号Ｉ１，Ｉ２をレーザダイオード１１
の発光周期の１周期毎に交互に時分割的に処理してお
り、Ｉ／Ｖ変換回路２３、可変増幅器２４、検波回路２
５を共用しているから、２系統の回路を用いる場合のよ
うな、構成部品の定数のばらつきや温度特性のばらつき
による誤差が発生せず、しかも２つの位置信号Ｉ１，Ｉ
２を同じ検波回路２５で同期検波しているからオフセッ
ト誤差が発生しないのである。さらに、検波回路２５よ
りも前段側で生じたオフセット誤差は検波回路２５を通
すことで相殺させることができる。なお、検波回路２５
で生じるわずかなオフセット誤差は、回路が１系統であ
ることにより比較的簡単な構成の補正回路で除去するこ
とが可能である。さらに、２つの位置信号Ｉ１，Ｉ２を
同一の回路で処理しているから、スイッチ回路３２によ
り分離されるまでは周波数特性に差を生じることがな
く、レーザダイオード１１を駆動する信号の変調周波数
に変化が生じても測距結果や過渡的な誤差の発生が生じ
ない。たとえば、図４（ａ）に示すように時間とともに
対象物３までの距離が変化したとする。本実施形態では
２つの位置信号Ｉ１，Ｉ２の周波数応答に差が生じない
から図４（ｂ）のように測距信号（Ｖ１−Ｖ２）に過渡
応答による誤差が生じないが、従来構成のように２つの
位置信号Ｉ１，Ｉ２の周波数応答に差が生じる場合には
図４（ｃ）のように過渡応答による誤差が生じる。

【００３５】上述の例では、切換信号ｔ１の周期をタイ
ミング信号ｔ２の周期の２倍に設定していたが、本実施
形態は図５に示すように、これを６倍に設定したもので
ある。このように、切換信号ｔ１の周期をタイミング信
号ｔ２の周期の３倍以上に設定すると、スイッチ回路３
１，３２のスイッチング時に発生するノイズの影響を低
減することができる。この周期は整数倍であれば適宜に
設定することができるものである。

【００３６】（実施形態２）本実施形態は、図６に示す
ように、Ｉ／Ｖ変換回路２３ａ，２３ｂを２個設けて各
位置信号Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ電圧信号に変換している
点、およびレーザダイオード１１の光出力を和演算部２
７ｂの出力に基づいて調整していない点で実施形態１と
相違している。

【００３７】本実施形態の構成のように、微小である位
置信号Ｉ１，Ｉ２を適宜の大きさの電圧信号に変換した
後にスイッチ回路３１に通していることによって、スイ
ッチング回路３１のスイッチング時に生じるノイズの影
響を受けにくくなり、このことによって測定結果の誤差
を抑制することができる。他の構成および動作は実施形
態１と同様である。

【００３８】（実施形態３）本実施形態は、図７に示す
ように、受光量に基づくフィードバック制御を行なわな
いものであり、かつスイッチ回路３２および差演算部２
７ａ、和演算部２７ｂを設けずに割算部２７ｃを設ける
ことによって、対象物３の変位に相当する測距信号（Ｖ
１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）を求めるようにしたもので
ある。

【００３９】ビーム光を投光する構成については従来構
成と同様である。また、位置検出素子２１の出力である
位置信号Ｉ１，Ｉ２をスイッチ回路３１を通して時分割
的にＩ／Ｖ変換回路２３に取り込み、Ｉ／Ｖ変換回路２
３の出力を増幅器２４により増幅する点は実施形態１と
同様である。実施形態１の構成では、増幅器２４の出力
信号Ｖａ１．Ｖａ２を検波回路２５に入力して同期検波
していたが、本実施形態では検波・演算回路２５′に入
力して以下の信号を生成する点に特徴を有している。

【００４０】検波・演算回路２５′には、タイミング信
号ｔ２に加えて、図８に示すように、切換信号ｔ１とは
位相が９０度異なる（ここでは進相）演算制御信号ｔ３
が入力される。検波・演算回路２５′ではこの演算制御
信号ｔ３を用いて同期検波を行なうのであって、増幅器
２４の出力信号Ｖａ１．Ｖａ２のうち位置信号Ｉ１の後
半部と位置信号Ｉ２の前半部とに対応する部分の極性を
反転した形の信号が得られることになる。つまり、図８
の場合にはこの同期検波によって位置信号Ｉ１に相当す
る信号成分Ｖｄ１を正極性、位置信号Ｉ２に相当する信
号成分Ｖｄ２を負極性とするような差信号（Ｖｄ１−Ｖ
ｄ２）が出力されることになる。

【００４１】一方、タイミング信号ｔ２を用いて同期検
波を行なえば、両位置信号Ｉ１，Ｉ２に相当する信号成
分Ｖｄ１，Ｖｄ２がともに正極性となるような和信号
（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）が得られる。結局、差信号（Ｖｄ１
−Ｖｄ２）と和信号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）は位置信号Ｉ
１，Ｉ２の和と差とに対応する信号になるから、それぞ
れ積分回路（ローパスフィルタ）２６ａ，２６ｂにより
平均化すれば、位置信号Ｉ１、Ｉ２の差に相当する信号
（Ｖ１−Ｖ２），（Ｖ１＋Ｖ２）を抽出することができ
る。したがって、両信号を割算器２７ｃに入力して除算
を行なえば、測距信号（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）
を得ることができる。

【００４２】上述のような同期検波を行なうための検波
・演算回路２５′としては、具体的には図９に示す構成
を採用することができる。つまり、４個の演算増幅器Ｏ
Ｐ１〜ＯＰ４を用いて２個ずつ対にし、対になる一方の
演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ３は非反転増幅、他方の演算増
幅器ＯＰ２，ＯＰ４は反転増幅を行なわせ、さらにスイ
ッチ要素Ｓ１，Ｓ２により各対ごとに非反転増幅と反転
増幅との結果を交互に取り出すようにしているのであ
る。そして、スイッチ要素Ｓ１は演算制御信号ｔ３によ
り交互に切り換えられ、スイッチ要素Ｓ２はタイミング
信号ｔ３により交互に切り換えられる。

【００４３】本実施形態の構成では、割算器２７ｃを必
要としているから、ダイナミックレンジに関しては従来
例と同程度になるが、スイッチ回路３１が１つであるか
ら、スイッチングノイズが少なくなり、また複数のスイ
ッチ回路３１を用いた場合のタイミングのずれやスイッ
チ回路３１の切換タイミングのずれに伴う測定結果の誤
差の発生を抑制することができる。さらに、差演算部２
７ａや和演算部２７ｂを用いていないから、これらの演
算誤差による測定結果の誤差の発生を抑制することがで
きる。他の構成および動作は従来例と同様である。

【００４４】検波・演算回路２５′の別の構成として
は、図１０、図１２に示す回路構成が考えられる。図１
０に示す回路構成では、図９に示した回路構成とは和信
号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）を生成する部分であって、この構
成では差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を生成した後に、差信
号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を切換信号ｔ１を用いて同期検波
することにより和信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を生成してい
る。要するに図１１に示すように、差信号（Ｖｄ１−Ｖ
ｄ２）の負極部分を反転させているのである。

【００４５】一方、図１２に示す回路構成では、図１０
に示した構成とは逆に、タイミング信号ｔ２により生成
した和信号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）を、切換信号ｔ１によっ
て同期検波することにより差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を
生成する。この構成では、図１３に示すように、和信号
（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）の正極部分のうち位置信号Ｉ２に相
当する部分を反転させることで差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ
２）を生成している。しかも、この構成では演算制御信
号ｔ３を別途に生成する必要がなく、タイミング回路２
８の構成が簡単になる。

【００４６】（実施形態４）本実施形態は図１４に示す
ように、図７に示した実施形態３と同様の構成を有し、
検波・演算回路２５′において、切換信号ｔ１、タイミ
ング信号ｔ２、演算制御信号ｔ３を用いることにより、
（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）となる和信号を生成するもので
あって、和信号に補正を加えている。このような補正は
従来周知であって、受光量の変化に対する出力結果の非
線形性を補正するものである。動作は図１５に示すよう
に実施形態３とほぼ同様である。

【００４７】図１６に示すように、検波・演算回路２
５′において差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を得る構成は図
９に示した実施形態３の構成と同様である。和信号（Ｖ
ｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）を求める和信号生成部３３では、切
換信号ｔ１とタイミング信号ｔ２とを用いて和信号（Ｖ
ｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）を求める。和信号生成部３３は、具
体的には図１７に示すような各種構成を採用することが
できる。図１７（ａ）に示す構成は、入力信号を分岐し
て可変抵抗器ＶＲにより減衰させるとともに、切換信号
ｔ１を用いてアナログスイッチＡＳ１を制御することに
より位置信号Ｉ２に対応する成分は可変抵抗器ＶＲによ
り調節された形で反転増幅用の演算増幅器ＯＰ４に入力
させ、非反転増幅用の演算増幅器ＯＰ３では入力信号を
そのまま増幅している。

【００４８】図１７（ｂ）に示す構成は、演算増幅器Ｏ
Ｐ５，ＯＰ６とスイッチ要素Ｓ３とによって正電圧と０
ボルトとの電圧を発生する回路を構成し、この電圧を可
変抵抗器ＶＲにより適宜調節して反転増幅用の演算増幅
器ＯＰ３の入力に加算したものである。スイッチ要素Ｓ
３を切換信号ｔ１により制御することで、位置信号Ｉ２
に対応する入力信号にのみ適宜の電圧を加算してｋＶｄ
２に相当する信号を発生させる。

【００４９】図１７（ｃ）に示す構成は、演算増幅器Ｏ
Ｐ５，ＯＰ６とスイッチ要素Ｓ３と直流電源Ｖｐとを用
いて入力電圧と直流電源Ｖｐの電圧との差電圧を出力可
能としたものであり、一方の演算増幅器ＯＰ６への入力
には可変抵抗器ＶＲを挿入して入力電圧を調節可能とし
てある。したがって、スイッチ要素Ｓ３を切換信号ｔ１
により切り換えると、位置信号Ｉ２に対応する入力信号
のレベルを調節してｋＶｄ２に相当する信号を得ること
ができる。図１７（ｄ）に示す構成は、演算増幅器ＯＰ
３，ＯＰ４およびスイッチ要素Ｓ２により求めた信号
（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）に対して、ＯＰ５によるボルテージ
フォロワと、ＯＰ６および可変抵抗器ＶＲを備える増幅
器とのどちらを通った信号を採用するかを切換信号ｔ１
により制御されるスイッチ要素Ｓ３で選択することによ
り、位置信号Ｉ２に対応する信号に補正を加えることが
できるようにしたものである。

【００５０】本実施形態においても、実施形態３と同様
に、差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を求めた後に、その結果
を用いて和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）を発生させる構
成を採用することができる。すなわち、図１８に示すよ
うに、演算増幅器ＯＰ３，ＯＰ４とスイッチ要素２とを
用いて差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）のうち負極成分を反転
すればよいのである。また、位置信号Ｉ２に相当する成
分は可変抵抗器ＶＲを用いて増幅率を変えており、結果
的に和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）が得られるようにな
っている。この構成では、切換信号ｔ１と演算制御信号
ｔ３とのみを用いるから、３種類の信号を用いる場合よ
りも簡単な構成になる。この回路を用いた場合の動作を
図１９に示す。

【００５１】（実施形態５）実施形態４では、差演算部
２７ａや和演算部２７ｂを設けず割算器２７ｃのみを設
けていたが、本実施形態では図２０に示すように、加算
器２７ｄを設けている。すなわち、検波・演算回路２
５′は、切換信号ｔ１と演算制御信号ｔ３とを用いて、
差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）と、位置信号Ｉ１，Ｉ２にそ
れぞれ対応する脈流波形の信号成分Ｖｄ１，Ｖｄ２とを
抽出できるように構成してある。検波・演算回路２５′
の３出力はそれぞれ積分回路（ローパスフィルタ）２６
ａ，２６ｃ，２６ｄを通して平均化され、信号成分Ｖｄ
１，Ｖｄ２に相当する積分回路２６ｃ，２６ｄの出力は
加算器２７ｄに入力されて和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ
２）が求められる。このようにして得られた差信号（Ｖ
ｄ１−Ｖｄ２）と和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）とを割
算器２７ｃに入力することによって対象物３までの距離
に応じた測距信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）／（Ｖｄ１＋ｋ・
Ｖｄ２）を得ることができるのである。この動作は基本
的は実施形態４と同様であり、各部の動作波形は図２１
のようになる。

【００５２】図２０に示した検波・演算回路２５′の具
体構成を示すと、たとえば図２２のようになる。この構
成において差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を抽出する構成は
図９に示したものと同様である。差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ
２）が求まれば、正極成分と負極成分とに分離して抽出
すれば、信号成分Ｖｄ１，Ｖｄ２をそれぞれ抽出するこ
とができる。つまり、演算増幅器ＯＰ７〜ＯＰ１０およ
びスイッチ要素Ｓ４，Ｓ５、インバータＩＮを用いて、
差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）の正極成分と負極成分とをそ
れぞれ抽出するのである。

【００５３】（実施形態６）本実施形態は、図２３に示
すように、演算部２７′の構成が実施形態４とは異なる
ものであり、他の構成は実施形態４と同様のものであ
る。すなわち、検波・演算回路２５′においては差信号
（Ｖｄ１−Ｖｄ２）と位置信号Ｉ２に相当する信号成分
Ｖｄ２とを抽出し、それぞれ積分回路（ローパスフィル
タ）２６ａ，２６ｄにより平均化し、加算器２７ｄにお
いては差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）と信号成分Ｖｄ２との
各平均値を用いて和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）を生成
している。差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）と和信号（Ｖｄ１
＋ｋ・Ｖｄ２）とは割算器２７ｃに入力され、対象物３
までの距離に応じた測距信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）／（Ｖ
ｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）が求められるのである。この動作は
基本的は実施形態４と同様であり、各部の動作波形は図
２４のようになる。

【００５４】図２３に示した検波・演算回路２５′の具
体構成を示すと、たとえば図２５ののようになる。ここ
において、差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を生成する構成は
図９に示したものと同様であり、位置信号Ｉ２に相当す
る信号成分Ｖｄ２を抽出する構成は図２２に示した実施
形態５のものと同様である。他の構成および動作は実施
形態５と同様である。

【００５５】（実施形態７）本実施形態は、図２６に示
すように、演算部２７′の構成が実施形態４とは異なる
ものであり、他の構成は実施形態４と同様のものであ
る。すなわち、検波・演算回路２５′においては差信号
（Ｖｄ１−Ｖｄ２）と信号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）と位置信
号Ｉ２に相当する信号成分Ｖｄ２とを抽出し、それぞれ
積分回路（ローパスフィルタ）２６ａ，２６ｂ，２６ｄ
により平均化し、加算器２７ｄにおいては信号（Ｖｄ１
＋Ｖｄ２）と信号成分Ｖｄ２との平均値を用いて和信号
（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）を生成している。差信号（Ｖｄ
１−Ｖｄ２）と和信号（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）とは割算
器２７ｃに入力され、対象物３までの距離に応じた測距
信号（Ｖｄ１−Ｖｄ２）／（Ｖｄ１＋ｋ・Ｖｄ２）が求
められる。この動作は基本的は実施形態４と同様であ
り、各部の動作波形は図２７のようになる。

【００５６】図２６に示した検波・演算回路２５′の具
体構成を示すと、たとえば図２８ののようになる。ここ
において、信号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）を生成する構成は図
９に示したものと同様であり、差信号（Ｖｄ１−Ｖｄ
２）は演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２とスイッチ要素Ｓ１と
を用いて信号（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）の負極成分を反転する
ことにより、得ることができる。また、位置信号Ｉ２に
相当する信号Ｖｄ２は、演算増幅器ＯＰ９，ＯＰ１０、
スイッチ要素５、インバータＩＮを用いて抽出される。
他の構成および動作は実施形態５と同様である。

【００５７】

【発明の効果】請求項１の発明は、適宜周期で変調され
たビーム光を発光素子から対象物に照射し、対象物の表
面に形成される投光スポットを位置検出素子の受光面に
結像させることにより得た受光スポットの位置に基づい
て対象物の基準位置からの変位を検出する光学式変位測
定装置において、位置検出素子は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し、
位置信号をビーム光の変調周期の整数倍周期で交互に通
過させるスイッチ回路と、スイッチ回路を通過した位置
信号を増幅する可変増幅器と、可変増幅器の出力を検波
するとともに検波出力に基づいて対象物の変位に相当す
る測距信号および位置検出素子での受光量に相当する信
号を出力する信号処理部と、位置検出素子での受光量に
相当する前記信号をほぼ一定に保つように発光素子の光
出力と可変増幅器の増幅率との少なくとも一方をフィー
ドバック制御するフィードバック制御回路とを備えるも
のであり、発光側と受光側とでそれぞれ受光量に相当す
る信号をほぼ一定に保つようにフィードバック制御を行
なうから、受光量に対するダイナミックレンジが非常に
大きくなるという利点がある。また、位置信号はスイッ
チ回路を通して１系統で処理しているから部品のばらつ
きによる誤差の発生が少なくなる結果、高精度な測距が
可能であって、しかも回路構成要素を従来よりも削減す
ることが可能になるという利点がある。

【００５８】請求項２の発明のように、位置検出素子で
の受光量に基準値を設定し、フィードバック制御回路
が、前記基準値よりも受光量が増加すると発光素子の光
出力を減少させ、前記基準値よりも受光量が減少すると
可変増幅器の増幅率を増加させるものでは、受光量が増
加すれば光出力を減少させることで飽和を防止し、また
受光量が減少すると増幅率を高めて信号がノイズに埋も
れるのを防止することができるという利点がある。

【００５９】請求項３の発明のように、スイッチ回路が
ビーム光の変調周期の２倍以上に設定されているもので
は、スイッチ回路の切換周期が長くなることによってス
イッチ回路のスイッチングノイズの影響が軽減されると
いう利点がある。請求項４の発明のように、位置検出素
子より出力される位置信号が電流信号であって、各位置
信号をそれぞれ電流−電圧変換するＩ／Ｖ変換回路を前
記スイッチ回路よりも前段に設けたものでは、微小な電
流信号を電圧信号に変換してからスイッチ回路に入力す
るから、スイッチ回路のスイッチングノイズの影響を受
けにくくなるという利点がある。

【００６０】請求項５の発明は、適宜周期で変調された
ビーム光を発光素子から対象物に照射し、対象物の表面
に形成される投光スポットを位置検出素子の受光面に結
像させることにより得た受光スポットの位置に基づいて
対象物の基準位置からの変位を検出する光学式変位測定
装置において、位置検出素子は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し、位
置信号をビーム光の変調周期の整数倍周期で交互に通過
させるスイッチ回路と、スイッチ回路を通過した位置信
号の極性をビーム光の変調周期の半周期毎に反転させる
とともに各位置信号を同極性とした和信号と異極性とし
た差信号とを求める検波・演算回路と、和信号と差信号
との各平均値を求める一対の積分回路と、各積分回路の
出力のうち差信号の平均値を和信号の平均値で除算する
割算部とを備えるものであり、差を求める演算や和を求
める演算が不要になり、和差の演算のばらつきによる測
定誤差を防止することができるという利点がある。

【００６１】請求項８の発明は、適宜周期で変調された
ビーム光を発光素子から対象物に照射し、対象物の表面
に形成される投光スポットを位置検出素子の受光面に結
像させることにより得た受光スポットの位置に基づいて
対象物の基準位置からの変位を検出する光学式変位測定
装置において、位置検出素子は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し、位
置信号をビーム光の変調周期の整数倍周期で交互に通過
させるスイッチ回路と、スイッチ回路を通過した位置信
号の極性をビーム光の変調周期の半周期毎に反転させる
とともに一方の位置信号と他方の位置信号に係数を乗じ
た信号とを同極性とした和信号と両位置信号を異極性と
した差信号とを求め、かつ和信号と差信号との平均値を
求める検波・演算手段と、差信号の平均値を和信号の平
均値で除算する割算部とを備えるものであり、差を求め
る演算や和を求める演算が不要になり、和差の演算のば
らつきによる測定誤差を防止することができる。しか
も、位置信号の一方に係数を乗じることになるから、位
置検出素子の非線形正を補正することが可能であるとい
う利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示すブロック図である。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】同上の動作説明図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】同上の他の動作例を示す動作説明図である。

【図６】実施形態２を示すブロック図である。

【図７】実施形態３を示すブロック図である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】同上の要部回路図である。

【図１０】同上の要部回路図である。

【図１１】同上の動作説明図である。

【図１２】同上の要部回路図である。

【図１３】同上の動作説明図である。

【図１４】実施形態４を示すブロック図である。

【図１５】同上の動作説明図である。

【図１６】同上の要部回路図である。

【図１７】同上の要部回路図である。

【図１８】同上の要部回路図である。

【図１９】同上の動作説明図である。

【図２０】実施形態５を示すブロック図である。

【図２１】同上の動作説明図である。

【図２２】同上の要部回路図である。

【図２３】実施形態６を示すブロック図である。

【図２４】同上の動作説明図である。

【図２５】同上の要部回路図である。

【図２６】実施形態７を示すブロック図である。

【図２７】同上の動作説明図である。

【図２８】同上の要部回路図である。

【図２９】従来例を示すブロック図である。

【図３０】従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１１レーザダイオード（発光素子）１５変調回路１６フィードバック制御回路１７比較回路２１位置検出素子２３Ｉ／Ｖ変換回路２３ａＩ／Ｖ変換回路２３ｂＩ／Ｖ変換回路２４可変増幅器２５検波回路２５′ 検波・演算回路２６ａ積分回路２６ｂ積分回路２６ｃ積分回路２６ｄ積分回路２７′演算部２７ａ差演算部２７ｂ和演算部２７ｃ割算部２７ｄ加算器３１スイッチ回路３２スイッチ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】適宜周期で変調されたビーム光を発光素
子から対象物に照射し、対象物の表面に形成される投光
スポットを位置検出素子の受光面に結像させることによ
り得た受光スポットの位置に基づいて対象物の基準位置
からの変位を検出する光学式変位測定装置において、位
置検出素子は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し、位置信号をビーム光
の変調周期の整数倍周期で交互に通過させるスイッチ回
路と、スイッチ回路を通過した位置信号を増幅する可変
増幅器と、可変増幅器の出力を検波するとともに検波出
力に基づいて対象物の変位に相当する測距信号および位
置検出素子での受光量に相当する信号を出力する信号処
理部と、位置検出素子での受光量に相当する前記信号を
ほぼ一定に保つように発光素子の光出力と可変増幅器の
増幅率との少なくとも一方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備えることを特徴とする光学
式変位測定装置。
【請求項２】前記位置検出素子での受光量に基準値を
設定し、前記フィードバック制御回路は、前記基準値よ
りも受光量が増加すると発光素子の光出力を減少させ、
前記基準値よりも受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】前記スイッチ回路はビーム光の変調周期
の２倍以上に設定されてい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４】前記位置検出素子より出力される位置信
号は電流信号であって、各位置信号をそれぞれ電流−電
圧変換するＩ／Ｖ変換回路を前記スイッチ回路よりも前
段に設けた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５】適宜周期で変調されたビーム光を発光素
子から対象物に照射し、対象物の表面に形成される投光
スポットを位置検出素子の受光面に結像させることによ
り得た受光スポットの位置に基づいて対象物の基準位置
からの変位を検出する光学式変位測定装置において、位
置検出素子は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し、位置信号をビーム光
の変調周期の整数倍周期で交互に通過させるスイッチ回
路と、スイッチ回路を通過した位置信号の極性をビーム
光の変調周期の半周期毎に反転させるとともに各位置信
号を同極性とした和信号と異極性とした差信号とを求め
る検波・演算回路と、和信号と差信号との各平均値を求
める一対の積分回路と、各積分回路の出力のうち差信号
の平均値を和信号の平均値で除算する割算部とを備える
ことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項６】検波・演算回路は、前記和信号を求めた
後に和信号の成分のうち一方の位置信号に相当する成分
の極性を反転させて差信号を生成することを特徴とする
請求項５記載の光学式変位測定装置。
【請求項７】検波・演算回路は、前記差信号を求めた
後に差信号の成分のうち一方の位置信号に相当する成分
の極性を反転させて和信号を生成することを特徴とする
請求項５記載の光学式変位測定装置。
【請求項８】適宜周期で変調されたビーム光を発光素
子から対象物に照射し、対象物の表面に形成される投光
スポットを位置検出素子の受光面に結像させることによ
り得た受光スポットの位置に基づいて対象物の基準位置
からの変位を検出する光学式変位測定装置において、位
置検出素子は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し、位置信号をビーム光
の変調周期の整数倍周期で交互に通過させるスイッチ回
路と、スイッチ回路を通過した位置信号の極性をビーム
光の変調周期の半周期毎に反転させるとともに一方の位
置信号と他方の位置信号に係数を乗じた信号とを同極性
とした和信号と両位置信号を異極性とした差信号とを求
め、かつ和信号と差信号との平均値を求める検波・演算
手段と、差信号の平均値を和信号の平均値で除算する割
算部とを備えることを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項９】検波・演算手段は、前記差信号を求めた
後に、差信号の一方の極性の信号成分に係数を乗じた信
号を反転して他方の極性の信号に加算することにより和
信号を生成することを特徴とする請求項８記載の光学式
変位測定装置。
【請求項１０】検波・演算手段は、前記差信号を求め
た後に、差信号の各極性の信号成分を抽出し抽出した一
方の信号成分に係数を乗じて抽出した他方の信号成分に
加算することにより和信号を生成することを特徴とする
請求項８記載の光学式変位測定装置。
【請求項１１】検波・演算手段は、前記差信号を求め
た後に、差信号の一方の極性の信号成分を抽出し、抽出
した信号成分に係数を乗じた信号と差信号とに基づいて
和信号を生成することを特徴とする請求項８記載の光学
式変位測定装置。
【請求項１２】検波・演算手段は、各位置信号に相当
する信号成分が同極性である信号を求めた後に、前記信
号の一方の極性の信号成分を抽出するとともに前記信号
の一方の極性の信号成分を反転して差信号を生成し、前
記信号と抽出した一方の極性の信号成分とに基づいて和
信号を生成することを特徴とする請求項８記載の光学式
変位測定装置。