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KR100256710B1 - 광 변위 측정 시스템 및 광 변위 측정 방법 - Google Patents

광 변위 측정 시스템 및 광 변위 측정 방법 Download PDF

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KR100256710B1
KR100256710B1 KR1019960035926A KR19960035926A KR100256710B1 KR 100256710 B1 KR100256710 B1 KR 100256710B1 KR 1019960035926 A KR1019960035926 A KR 1019960035926A KR 19960035926 A KR19960035926 A KR 19960035926A KR 100256710 B1 KR100256710 B1 KR 100256710B1
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유지 다카다
히로시 마쯔다
다카유키 니시카와
Original Assignee
이마이 기요스케
마츠시다 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

삼각 측정을 이용한 본 발명의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭 변조되는 광 빔을 물체로 발광시키는 광 투사 유니트, 물체로부터 다시 반사된 광을 수신하여 한쌍의 위치 신호를 제공하는 광 수신 유니트 및 기준 신호와 동기하여 제1 및 2제어 신호를 제공하는 제어 신호 발생기를 구비한다. 위치 신호는 제1합성 신호를 얻기 위하여 제1제어 신호에 따라 시분할 방식으로 스위칭 유니트에 의해 처리되는데, 여기서, 위치 신호가 기준 신호의 정수의 주기마다 교대로 발생한다. 제1합성 신호는 바람직한 증폭율로 단일 증폭기 에 의해 증폭되어, 거리 결정 유니트로 전송되는데, 여기서 제2합성 신호를 얻기 위하여, 제1합성 신호의 극성은 제2제어 신호에 따라 주기적으로 반전되고, 광 투사 유니트 및 물체간의 거리를 나타내는 거리 신호가 상기 제2합성 신호로부터 결정된다.

Description

광 변위 측정 시스템 및 광 변위 측정 방법
제1도는 본 발명의 제1실시예와 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
제2a 내지 h도는 제1도의 회로 다이어그램에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제3도는 제1도의 시스템내에서 피드-백 제어 유니트가 작업하는 방법을 이해시키기 위한 다이어그램.
제4도는 본 발명의 제2실시예와 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
제5a 내지 i도는 제4도의 회로 다이어그램내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제6도는은 제2실시예의 시스템내의 이용된 검출 유니트의 회로 다이어그램.
제7a 내지 h도는 제2실시예의 제1변형의 검출 유니트내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제8도는 제1변형의 검출 유니트의 회로 다이어그램.
제9a 내지 h도는 제2실시예의 제2변형의 검출 유니트내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제10도는 제2변형의 검출 유니트의 회로 다이어그램.
제11도는 본 발명의 제3실시예의 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
제12a 내지 i도는 제11도의 회로 다이어그램내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제13a 내지 i도는 제11도 회로 다이어그램내에서 수행된 다른 연산을 설명한 파형도.
제14도는 본 발명의 제4실시예의 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
제15a 내지 g도는 제14도의 회로 다이어그램 내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제16도는 본 발명의 제5실시예의 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
제17a 내지 h도는 제16도의 회로 다이어그램 내에서 수행된 연산을 설명한 파형도.
제18도는 종래 기술의 광 변위 측정 시스템의 블럭 회로 다이어그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 광 투사 유니트 2: 광 수신 유니트
6: 피드백 유니트 35: 제어 신호 발생기
51: 제1저역 통과 필터 52: 제2저역 통과 필터
53: 합산 회로
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 삼각 측정(triangulation)에 따라 표준 위치로부터 물체의 변위를 광으로 측정하기 위한 광 변위 측정 시스템에 관한 것이다.
과거에는, 삼각 측정에 따라 표준 위치로부터 물체의 변위를 결정하기 위한 다양한 유형의 광 변위 측정 시스템이 제안되었다. 예를 들면, 미국 특허 제4761546호에는 도 18에 도시된 광 변위 측정 시스템이 기술되어 있다. 즉, 이런 시스템은 광 빔을 물체(OBJ)로 발광시키는 광 투사 유니트 (1E)와, 물체(OBJ)로부터 되돌아 반사된 광을 수신하는 광 수신 유니트(2E)를 포함한다. 포토다이오드(13E)는 발진기(10E)의 출력을 수신하는 구동 회로(12E)에 의해 광 빔을 발광시키도록 턴온된다. 발진기(10E)는 발광 시간을 설정하기 위한 클럭 펄스를 발생시킨다. 반사된 광은 한쌍의 위치 신호 I1및 I2를 발생시키도록 위치 감지 소자(21E)(이하, "PSD"라 칭함)상에 광 스폿을 형성시킨다. 위치 신호 I1대 위치 신호 I2의 비율이 PSD(21E)상에서 광 스폿의 위치에 응답하여 변화되므로, 광 투사 유니트(1E) 및 물체 OBJ간의 거리를 결정하는 연산은 연산 유니트(3E)에 의해 위치 신호 I1및 I2에 기초하여 수행될 수 있다. 연산 유니트(3E)는 각 위치 신호 I1및 I2를 증폭시켜, 전압 신호로 변환시키는 광 수신 유니트(31E 및 34E)를 포함한다. 위치 신호 I1대 위치 신호 I2의 비율은 전압 신호로 변환된 후에도 유지된다. 광 수신 신호 회로(31E 및 34E)는, 발진기(10E)로부터 클럭 펄스를 수신하여, 클럭 펄스와 동기하여 위치 신호 I1및 I2의 레벨을 식별하는 레벨 검출 회로(32E 및 35E)에 각각 접속된다. 레벨 검출 회로(32E 및 35E)의 출력은 그때 제1연산 신호 I1- I2를 제공하기 위하여 감산 회로(33E)로 전송된다. 다른 한편, 레벨 검출 회로(32E 및 35E)의 출력은 또한 제2연산 신호 I1+ K x I2(K : 비선형 교정을 위한 상수)를 제공하기 위하여 교정 합산 회로(36E)로 전송된다. 제1 및 2연산 신호는 광 투사 유니트(1E) 및 물체(OBJ)간의 거리를 나타내는 거리 신호인 제3연산 신호(I1- I2)/(I1+ K x I2)를 제공하기 위하여 제산 회로(37E)로 전송된다.
그러나, 이런 광 변위 측정 시스템에는 다른 개선의 여지가 있다. 즉, 연산 유니트(3E)는 각 신호 I1및 I2를 위한 두 연산 라인을 가지며, 각 라인에서는 증폭기를가진 광 수신 회로(31E 및 34E)와 레벨 검출 회로(32E 및 35E)가 이용된다. 투사 유니트(1E) 및 물체(OBJ)간의 거리를 정확히 결정하기 위하여, 한 연산 라인의 광 수신 회로(31E) 및 레벨 검출 회로(32E)는 다른 연산 라인의 것과 같은 특성을 갖도록 요구된다. 그러나, 예를 들면, 이득 차가 광 수신 회로(31E 및 34E)내에 이용된 증폭기 사이에서 시간, 온도 및 주파수 특성의 변화에 의해 유발될 것이다. 그래서, 이득 차는 연산 유니트(3E)의 출력내에서에러를 발생시키며, 측정의 정확성에 관해 문제를 유발시킬가능성이 있다. 더욱이, 두 세트의 광 수신 유니트(31E 및 34E)와 레벨 검출 회로(32E 및 35E)가 연산 유니트(3E)내에 이용되므로, 광 변위 측정 시스템의가격이 올라가는 다른 문제를 유발시킨다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
이런 관점에 비추어, 본 발명의 주된 목적은 삼각 측정에 따라 개선된 정확도를가지고, 표준 위치로부터 물체의 변위를 결정하기 위한 광 변위 측정 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호(reference signal)에 의해 진폭-변조된 광 빔을 물체로 발광시키는 광 투과 유니트(a light projecting unit), 물체에 의해 반사된 광을 수신하고, 한쌍의 제1 및 2위치 신호(position signal)를 제공하는 광 수신 유니트(a light receiving unit), 및 상기 기준 신호와 동기하여 제1 및 2제어 신호(control signal)를 제공하는 제어 신호 발생기(a control signal generator)를 구비한다. 제1 및 2위치 신호는 제1제어 신호에 따라 시분할 방식으로 제1스위칭 유니트(a first switching unit)에 의해 처리되어서, 제1합성 신호(composite gignal)를 얻는데, 이 제1합성 신호에서는 제1 및 제2위치 신호가 기준 신호의 모든 정수의 주기 마다 교대로 발생한다. 제1합성 신호는 바람직한 증폭율로 단일 증폭기(amplifier)에 의해 증폭되어, 거리 결정 유니트(distance determining unit)로 전송된다. 거리 결정 유니트 내에서, 제2제어 합성 신호를 얻기 위해 제1합성 신호의 극성이 제2제어 신호에 따라 주기적으로 반전되고, 광 투사 유니트 및 물체간의 거리는 상기 제2합성 신호로부터 결정된다. 제1 및 2위치 신호가 제1스위칭 회로에 의해 처리되어 제1합성 신호를 얻으므로, 본 시스템 내에서는 각각의 위치 신호에 대해 두개의 증폭기를 이용하지 않고 오직 하나의 증폭기만을 사용하면 충분하다. 따라서, 증폭기 사이의 특성의 편차로 인한에러 발생을 제거함으로써, 측정의 정확성을 개선할 수 있다.
그런데, 광 수신 유니트는 실제사용에 있어 햇빛 또는 형광 램프의 일광과 같은 방해 광의 영향을 받는다. 따라서, 방해 광으로부터 유발된 노이즈 성분이 상기 위치 신호들 내에 포함될 수 있다. 광 투사 유니트 및 물체간의 거리를 정확히 결정하기 위하여, 그런 노이즈 성분은 원래의 위치 신호로부터 제거되어야 한다. 본 발명에 있어서, 광 수신 유니트로부터 위치 신호를 얻기 위하여 기준 신호에 의해 진폭-변조되는 광 빔을 사용하고, 기준 신호와 동기하여 제1 및 2제어 신호에 따라 위치 신호들을 처리함으로써, 상기 노이즈 성분은 위치 신호로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 거리 결정 유니트는 기준 신호의 절반 주기마다 제1합성 신호를 극성-반전시키도록 제2제어 신호에 따라 제1합성 신호를 처리하여, 제2합성 신호를 얻는 검출기(detector), 상기 제2합성 신호를 제1제어 신호에 따라 한 쌍의 제3 및 제4위치 신호로 분할하는 제2스위칭 유니트(a second switching unit), 및 상기 제3 및 4위치 신호를 이용함으로써 광 투사 유니트 및 물체간의 거리를 결정하는 제1연산 유니트(a first operating unit)를 구비한다. 제1 및 2위치 신호가 제1합성 신호를 성취할 제1스위칭 회로에 의해 처리되므로, 제1 및 2위치 신호를 제각기 처리하는 두 검출기를 이용하지 않고 본 시스템내에서 하나의 검출기만을 이용하기에 충분하다. 그래서, 검출기간의 특성 변화로 유발될에러 발생을 제거하여, 측정의 정확성을 개선시킬 수 있다.
더욱이, 제1연산 유니트가 광 수신 유니트에 의해 수신된 광에너지의 양을 나타내는 광에너지 신호를 출력할 때에, 상기 거리 결정 유니트는 광에너지 신호를 일정한 값과 비교하여, 그의 차를 나타내는 아날로그 출력 신호를 제공하는 비교 유니트(comparing unit) 및 , 광에너지 신호가 일정한 값에서 유지되도록 상기 비교 유니트의 출력 신호에 따라 광 투사 유니트의 광 출력과 증폭기의 증폭율의 최소한 하나를 제어하는 피드-백 제어 유니트(feed-back control unit)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 광에너지 신호가 상기 피드-백 제어 유니트에 의해 일정한 값에서 유지될 수 있으므로, 제1연산 유니트의 부품 부분을 단순화 시키는 것이가능하다. 특히, 피드-백 제어 유니트는 광에너지 신호가 일정한 값보다 더 작을 때 증폭율을 증가시키도록 제1피드-백 제어 신호를 증폭기에 제공하고, 광에너지 신호가 일정한 값보다 더 클 때 광 출력을 감소시키도록 제2피드-백 제어 신호를 광 투사 유니트에 제공하는 것이 바람직하다. 피드-백 제어 유니트가 비교 유니트의 출력 신호에 따라 광 투사 유니트 및 증폭기의 적당한 하나를 제어하므로, 물체의 반사율에 대해 넓은 동적 범위를 제공하는 것이가능하다. 즉, 물체가 비교적 저 반사율을 가질 시에, 광에너지 신호를 일정한 값에서 유지하기 위하여 증폭기의 증폭율은 피드-백 유니트에 의해 증가된다. 한편, 물체가 비교적 고 반사율을 가질 시에, 광에너지 신호를 일정한 값에서 유지하기 위하여 광 투사 유니트의 광 출력은 피드-백 유니트에 의해 감소된다.
더욱이, 제1 및 2위치 신호의 차를 나타내는 제1연산 기호(a first operational signal) 및 제2위치 신호를 제공하기 위하여 제2연산 유니트를 사용하는 것이 바람직하다. 제2연산 유니트는 제2위치 신호 및 제1연산 신호가 제1제어 신호에 따라 시분할 방식으로 제1스위칭 유니트에 의해 처리되어 제1합성 신호를 얻기 위하여, 광 수신 유니트 및 제1스위칭 유니트 사이에 배치된다. 제1 및 2위치 신호가 제1스위칭 유니트로 전송되기 전에 제2연산 유니트에 의해 처리되므로, 제1 및 2위치 신호내의 공통 노이즈 성분 즉, 동위상(inphase) 노이즈 성분은 제거될 수 있고, 따라서, 측정의 정확도가 개선될 수 있다. 제2연산 유니트가 본 시스템내에 이용될 때, 제3위치 신호를 조정(integrate)하는 제1저역 통과 필터(a first LPF), 제4위치 신호를 조정하는 제2저역 통과 필터(a second LPF), 제1 및 2저역 통과 필터의 출력의 합을 계산하여 제2연산 신호를 얻고, 제2저역 통과 필터의 출력에 보정 상수를 곱하여 제3연산 신호를 얻고, 제2연산 신호와 제3연산 신호를 더하여 제4연산 신호를 얻는 합산 회로(adder circuit)와, 제1저역 통과 필터의 출력을 제4연산 신호에 의해 나누는 제산 회로(divider circuit)를 구비하는 제1연산 유니트를 사용하는 것이 바람직한데, 이로부터 광 투사 수단 및 물체간의 거리가 결정된다.
제1 및 2위치 신호가 전류 신호일 때, 변위 측정 시스템은 전류 신호를 대응 전압 신호로 변환시키기 위하여 광 수신 유니트 및 제1스위칭 유니트 사이에 배치된 전류/전압 변환기를 포함하는 것이 바람직하다. 제1 및 2전류 신호가 제1스위칭 유니트로 입력되기 전에 전압 신호로 변환될 때, 전압 신호는 제1스위칭 유니트에 의해 부득이 발생된 스위칭 노이즈의 영향을 받지 않는 잇점이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
이런 및 또다른 목적과 잇점은 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 양호한 실시예의 아래 기술로부터 명백해진다.
[제1실시예]
도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭-변조된 레이저 빔을 물체 OBJ 로 발광시키는 광 투사 유니트(1) 및 , 물체로부터 후면 반사된 광을 수신하는 광 수신 유니트(2)를 포함한다. 투사 유니트(1)는 레이저 다이오드(13) 및 제1렌즈(14)를 포함한다. 기준 신호의 주기는 10㎑ 내지 200㎑ 의 범위내에서 결정될 수 있다. 그래서, 변조된 레이저 빔의 광 출력은 시간에 따라 변화된다. 기준 신호는 발진기(10)에 의해 발생되어, 도 2g에 도시된 바와 같이 기준 신호와 동기하여 제어 신호 t2를 출력시키도록 제어 신호 발생기(35)로 전송된다. 이 실시예에서, 기준 신호의 주기는 제어 신호 t2의 것과 동일하다.제어 신호 t2는, 반송파의 진폭 변조가 아래에 설명된 피드-백 유니트(6)의 출력에 따라 수행되는 변조기(11)에, 반송파로서 입력된다. 그래서, 변조된 레이저 빔의 피크 대 피크 진폭은 피드-백 유니트(6)의 출력에 응답하여 조정될 수 있다. 그러나, 피드-백 유니트(6)가 이용되지 않을 시에, 기준 신호는 레이저 다이오드(13)로부터 변조된 레이저 빔을 발광시키도록 발진기(10)로부터 레이저-다이오드 구동 회로(12)로 직접 전송될 수 있다. 변조기(11)의 출력은 레이저 다이오드(13)로부터 변조된 레이저 빔을 발광시키도록 레이저-다이오드 구동 회로(12)로 전송된다. 발광된 레이저 빔은 물체 OBJ 상에 광 스폿 P 을 형성시킨다.
수신 유니트는 광 스폿 P로부터 반사된 광을 수신하는 제2렌즈(20) 및 위치 감지 소자(21)(PSD)를 포함한다. PSD(21)가 제2렌즈(20)를 통해 반사된 빔을 수신할 시에, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 한쌍의 위치 신호 I1및 I2를 제공한다. PSD(21)는 PSD(21)의 광 감지 표면의 대향 단부에서 배치된 공동 전극 및 한쌍의 전극을 가진 "핀" 구조를가진 반도체 소자이다. 전극간의 전기 저항은 광 감지 표면상에 형성된 광 스폿의 위치만큼 분할된다. 일정한 전류가 공동 전극에 공급될 시에, PSD(21)의 전극은 제각기 위치 신호 I1및 I2를 출력시킨다. 위치 신호 I1대 위치 신호 I2의 진폭 비율이 PSD(21)상의 광 스폿의 위치에 의해 변화되므로, 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위는 위치 신호 I1및 I2의 이용으로 결정될 수 있다. 표준 위치 S는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드 (13)로부터 발광된 레이저 빔의 축상에 있어, 표준 위치 S로부터 후면 반사된 광이 PSD(21)의 유효 길이의 중심에서 수신되도록 결정될 수 있다. 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위 대신에, 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 제1렌즈(14)간의 거리를 결정하는 것이가능하다. 각 위치 신호 I1및 I2의 주기는 제어 신호 t2의 주기와 동일하다.
위치 신호 I1및 I2가 전류 신호이므로, I/V 변환기(30 및 31)에 의해 제각기 전압 신호 Va1및 Va2로 변환된다. 전압 신호 Va1및 Va2는 신호 Va1및 Va2간의 차가 계산되는 제1연산 유니트(32)로 전송된다. 따라서, 제1연산 유니트(32)는 신호 Va2및 제1연산 신호 Va1- Va2를 출력시킨다. 제1합성 신호 Va를 얻기 위하여, 신호 Va1- Va2및 Va2는 제1제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 제1스위칭 회로(33)에 의해 처리되는데, 여기서, 신호 Va1- Va2및 Va2는 도 2c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 한 주기마다 교대로 발생한다. 즉, 신호 Va1- Va2의 한-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출되고, 한편, 신호 Va2의 한-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 제1제어 신호 t1는 제어 신호 발생기(35)에 의해 발생되어, 제1스위칭 회로(33)로 전송된다. 제1제어 신호 t1가 기준 신호와 동기되므로, 도 2c 의 제1합성 신호가 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 제어 신호 t1의 주기는 제어 신호 t2의 주기의 2배이다.
제1합성 신호 Va는 바람직한 증폭율로 증폭기(34)에 의해 증폭되어, 검출기(40)로 입력된다. 검출기(40)에서, 제1합성 신호 Va는 제2합성 신호 Vd를 얻기 위하여, 제어 신호 t2에 따라 처리되는데, 여기서, 제1합성 신호 Va는 도 2e에 도시된 바와 같이 기준 신호의 절반 주기마다 극성 반전된다. 즉, 제1합성 신호 Va 의 극성은 도 2d에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다.
제2합성 신호 Vd는 도 2g 및 도 2h에 도시된 바와 같이 제2스위칭 회로(36)에 의해 제어 신호 t1에 따라 한쌍의 펄스 신호 Vd1- Vd2및 Vd2로 분할된다. 즉, 제2합성 신호 Vd 의 신호 성분 Vd1- Vd2만이 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출되고, 제2합성 신호 Vd 의 신호 성분 Vd2만이 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 펄스 신호 Vd1- Vd2및 Vd2는 제2연산 유니트(5)로 전송된다. 제2연산 유니트(5)는 신호 V1- V2를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd1- Vd2를 적분하는 제1저역 통과 필터(51), 신호 V2를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd2를 적분하는 제2저역 통과 필터(52) 및 , 신호 V1- V2및 V2를 이용함으로써 연산 신호 V1+ K x V2를 계산하는 합산 회로(53)를 포함한다. 값 K 은 비선형 교정을 위한 상수이다. 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위를 나타내는 거리 신호는 연산 신호 V1+ K x V2에 의해 신호 V1- V2를 분할함으로써 주어진다. 본 실시예에서, 연산 신호 V1+ K x V2가 피드-백 유니트(6)에 의해 일정한 값에서 유지될 수 있으므로, 저역 통과 필터(51)로부터 제공된 신호 V1- V2만은 거리 신호로서 이용될 수 있다. 그러나, 피드-백 유니트(6)가 이용되지 않을 때에는 거리 신호를 얻기 위하여, 연산 신호 V1+ K x V2에 의해 신호 V1- V2를 분할하는 제산 회로가 필요하다.
합산 회로(53)의 출력 V1+ K x V2은 PSD(21)에 의해 수신된 광에너지의 전체량을 의미한다. 합산 회로(53)의 출력 V1+ K x V2은 기준 전압 Vref에 의해 결정된 광에너지량과 PSD(21)에 의해 실제수신된 광에너지량의 차를 나타내는 아날로그 전압 신호를 제공하기 위하여,에러 증폭기(60)에 의해 기준 전압 Vref 과 비교된다.에러 증폭기(60)의 아날로그 전압 신호에 따르면, 실제광에너지가 기준 광에너지로 유지되도록, 레이저 다이오드(13)로부터 발광된 변조된 레이저 빔의 광 출력과 증폭기(34)의 증폭율은 피드-백 제어 회로(61)에 의해 제어된다. 즉, 광 출력 및 증폭율은 실제광에너지가 기준 광에너지 보다 작을시에 증폭율이 증가되고, 실제광에너지가 기준 광에너지 보다 클시에 광 출력이 감소되도록 하는 피드-백 방식으로 제어된다.
도 3에서, 피드-백 방식은 상세히 설명된다. 변조된 레이저 빔의 광 출력과 증폭율의 조정가능한 범위는 제각기 1% 내지 100%의 범위내에 있다. PSD(21)가 광 투사 유니트(1) 및 광 수신 유니트(2)로부터 고정된 거리에서 위치되는 표준 물체, 예를들어 화이트 세라믹으로부터 반사된 광의 예정된 강도를 수신할 때, 반사율 인덱스(index)는 100 으로 정의된다. 게다가, 반사율 인덱스가 100 일 때, 변조된 레이저 빔의 광 출력 및 증폭율은 제각기 100% 및 1% 로 조정된다. 이런 상황에서, 반사율 인덱스가 100 보다 클 때, 변조된 레이저 빔의 광 출력은 도 3의 라인 ① 로 도시된 바와 같이 감소된다. 환언하면, 반사율 인덱스가 100 보다 클 때, 변조된 레이저 빔의 피크 대 피크 진폭은 PSD(21)에 의해 수신된 광에너지량을 제어하도록 감소된다. 반면에, 반사율 인덱스가 100 보다 작을 때, 증폭율은 도 3의 라인 ②으로 도시된 바와 같이 증가된다. 전술된 바와 같이, 각각의 광 출력 및 증폭율이 100 확대 범위내에서 변화될 수 있으므로, 반사율 인덱스에 대해 10000(100 x 100)의 넓은 동적 범위를 얻는 것이가능하다. 도 3에서, 라인 ③은 광 변위 측정 시스템의 분해능(resolution)을 표시하고, 라인 ④은 PSD(21)에 의해 수신된 광에너지의 량에 대응하는 전압 값을 표시한다. 전압값은 1내지 10000 의 반사율 인덱스의 범위내에서 일정하게 유지된다. 상기 설명에서, 반사율 인덱스의 표준값은 100에서 설정되지만, 필요하다면 적당히 설정될 수 있다. 예를 들면, 측정될 물체가 비교적 저반사율을 가질시에, 반사율 인덱스의 표준값은 10에서 세트됨으로써 피드-백 방식은 0.1내지 1000 의 반사율 인덱스의 범위내에서 이용가능하다.
본 실시예에서, 신호 Va1- Va2와 신호 Va2가 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 제1합성 신호 Va를 얻기 위하여, 신호 Va1- Va2및 Va2는 제1제어신호 t1에 따라 제1스위칭 회로(33)에 의해 처리된다. 그러나, 신호 Va1- Va2및 Va2가 제1합성 신호의 기준 신호의 정수마다 교대로 발생하도록, 기준 신호와 동기하여 다른 제어 신호에 따라 신호 Va1- Va2및 Va2를 처리하는 것이가능하다.
[제2실시예]
도 4에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭 변조되는 레이저 빔을 물체 OBJ 로 발광시키는 광 투사 유니트(1A) 및 물체 OBJ로부터 후면 반사된 광을 수신하는 광 수신 유니트(2A)를 포함한다. 광 투사 유니트(1A)는 레이저 다이오드(13A) 및 제1렌즈(14A)를 포함한다. 기준 신호는 발진기(10A)에 의해 발생되어, 레이저 다이오드(13A)로부터 변조된 레이저 빔을 발광시킬 레이저-다이오드-구동 회로(12A)로 전송된다. 변조된 레이저 빔은 물체 OBJ 상에 광 스폿 P 을 형성시킨다.
수신 유니트(2A)는 광 스폿 P 으로부터 반사된 광을 수신하기 위한 제2렌즈(20A) 및 위치 감지 소자(21A)(PSD)를 포함한다. PSD (21A)가 제2렌즈(20A)를 통해 반사된 빔을 수신할 때, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 한쌍의 위치 신호 I1및 I2를 제공한다. 각각의 위치 신호 I1및 I2의 주기는 기준 신호의 주기와 같다.
신호 I1및 I2가 도 5c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 제1합성 신호 Ia를 얻기 위하여, 위치 신호 I1및 I2는 기준 신호와 동기하여 제1제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 스위칭 회로(33A)에 의해 처리된다. 즉, 신호 I1의 1-주기 성분은 도 5i에 도시된 제어 신호 t1의 레벨에서 인출되고, 다른 한편, 신호 I2의 1-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 제어 신호 t1는 발진기(10A)에 접속되는 제어 신호 발생기(35A)로부터 제공된다. 제1제어 신호 t1가 기준 신호와 동기되므로, 도 5c에 도시된 제1합성 신호 Ia는 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 제어 신호 t1의 주기는 기준 신호의 주기의 2배이다.
제1합성 신호 Ia가 전류 신호이므로, I/V 변환기(30A)에 의해 전압 신호 Va 로 변환된다. 그래서, 신호 Va는 신호 성분 Va1, Va2이 도 5d에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 합성 전압 신호이다. 신호 Va는 바람직한 증폭율로 증폭기(34A)에 의해 증폭되어, 검출기(40A)로 전송된다. 도 5h에 도시된 바와 같이 제2합성 신호를 얻기 위하여, 검출기(40A)에 의해, 합성 신호 Va는 기준 신호의 절반 주기마다 극성 반전되도록 기준 신호와 동기하여 제어 신호 t2에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 5g에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다. 제어 신호 t2는 제어 신호 발생기(35A)로부터 제공된다. 본 실시예에서, 제어 신호 t2의 주기는 기준 신호의 것과 동일하다. 제어 신호 t2가 기준 신호와 동기되므로, 제2합성 신호가 얻어질 수 있다. 도 5h에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 +Vd2은 제2합성 신호의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 그래서, 제2합성 신호는 Vd1+Vd2로서 도시된다.
반면에, 도 5f에 도시된 바와 같이 제3합성 신호를 얻기 위하여, 합성 신호 Vd는 기준 신호의 1주기마다 극성 반전되도록 기준 신호와 동기하여 제3제어 신호 t3에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 5e에 도시되 제어 신호 t3의 레벨 H에서 반전되지 않으나, 제어 신호 t3의 레벨 L에서 반전된다. 제어 신호 발생기(35A)로부터 제공된 제어 신호 t3는 제어 신호 t1와 동일한 주기를 갖지만, 90 도만큼 제어 신호에 대해 위상이 처진 관계에 있다. 도 5f에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 -Vd2은 제3합성 신호의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 그래서, 제3합성 신호는 Vd1- Vd2로서 도시된다.
합성 신호 Vd1+ Vd2및 Vd1- Vd2는 연산 유니트(5A)로 전송되는데, 상기 연산 유니트(5A)는 신호 V1- V2를 제공하기 위하여 합성 신호 Vd1- Vd2를 적분 하는 제1저역 통과 필터(51A), 신호 V1+ V2를 제공하기 위하여 합성 신호 Vd1+ Vd2를 적분하는 제2저역 통과 필터(52A) 및 , 신호 V1+ V2에 의해 신호 V1- V2를 분할하는 제산 회로(54A)를 구비한다. 제산 회로(54A)의 출력, 즉 (V1- V2)/(V1+ V2)은 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위를 나타내는 거리 신호로서 이용된다. 본 실시예에서, 하나만의 스위칭 회로(33A)가 이용되므로, 측정의 정확도를 높이도록 스위칭 노이즈의 발생을 줄일 수 있다.
따라서, 검출기(40A)는 도 6에 도시된 바와 같이 합성 신호 Vd1-Vd2를 제공하는 제1회로(41A) 및 , 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공하는 제2회로(42A)를 갖는다. 제1회로(41A)는 합성 신호 Va를 비(non)반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP1, 합성 신호 Va를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP2 및 , 합성 신호 Vd1- Vd2를 제공하기 위하여 제어 신호 t3에 따라 연산 증폭기 OP1 및 OP2의 출력을 스위칭하는 스위치 S1를 갖는다. 마찬가지로, 제2회로(42A)는 합성 신호 Va를 비반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP3, 합성 신호 Va를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP4 및 , 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공하기 위하여 제어 신호 t2에 따라 연산 증폭기 OP3 및 OP4의 출력을 스위칭하는 스위치 S2를 갖는다.
제2실시예의 제1변형으로서, 검출기(40A')는 검출기(40A) 대신에 이용될 수 있다. 도 7a 내지 도 7d 의 파형은 도 5a 내지 5d 의 것과 동일하다. 도 7f에 도시된 바와 같이 제2합성 신호를 얻기 위하여, 검출기(40A')에 의해, 합성 신호 Va는 기준 신호의 1주기마다 교대로 극성 반전되도록 제3제어 신호 t3에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 7e에 도시된 제어 신호 t3의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t3의 레벨 L에서 반전된다. 도 5f에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 -Vd2은 제2합성 신호의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 그래서, 제2합성 신호는 Vd1- Vd2로서 도시된다.
합성 신호 Vd1- Vd2는 도 7h에 도시된 바와 같이 제3합성 신호를 얻기 위하여, 기준 신호의 1주기마다 극성 반전되도록 제어 신호 t1에 따라 처리된다. 즉, 제2합성 신호 Vd1- Vd2의 신호 성분 +Vd1은 도 7g에 도시된 제어 신호 t1의 레벨 H에서 극성 반전되지 않는다. 반면에, 제어 신호 t1의 레벨 L에서 합성 신호 Vd1- Vd2의 신호 성분 -Vd2은 극성 반전된다. 도 7h에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 +Vd2은 제3합성 신호의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 그래서, 제3합성 신호는 -Vd1+ Vd2로서 도시된다.
따라서, 검출기(40A')는 도 8에 도시된 바와 같이 합성 신호 Vd1- Vd2를 제공하는 제1회로(41A') 및 , 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공하는 제2회로(42A')를 갖는다. 제1회로(41A')는 합성 신호 Va를 비반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP1, 합성 신호 Va를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP2 및 합신호 Vd1- Vd2를 제공하기 위하여 제어 신호 t3에 따라 연산 증폭기 OP1 및 OP2의 출력을 스위칭하는 스위치 S1를 갖고 있다. 제2회로(42A')는 합성 신호 Vd1- Vd2를 비반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP3, 합성 신호 Vd1- Vd2를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP4 및 , 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공하기 위하여 제어 신호 t1에 따라 연산 증폭기 OP3 및 OP4의 출력을 스위칭하는 스위치 S2를 갖는다.
제2실시예의 제2변형으로서, 검출기(40A")는 검출기(40A) 대신에 이용될 수 있다. 도 9a 내지 도 9d 도의 파형은 도 5a 내지 5d 의 파형과 동일하다. 검출기(40A")에 의해, 합성 신호 Va는 도 9f에 도시된 바와 같이 제2합성 신호를 얻기 위하여, 기준 신호의 절반 주기마다 극성 반전되도록 제어 신호 t2에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 9e에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다. 도 9f에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 +Vd2은 제2합성 신호의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 그래서, 제2합성 신호는 Vd1+ Vd2로서 도시된다.
합성 신호 Vd1+ Vd2는 도 9h에 도시된 바와 같이 제3합성 신호를 얻기 위하여, 기준 신호의 1주기마다 극성 반전되도록 제어 신호 t1에 따라 처리된다. 즉 합성 신호 Vd1+ Vd2의 신호 성분 Vd1은 도 9g에 도시된 제어 신호 t1의 레벨 H에서 극성 반전되지 않는다. 다른 한편, 제어 신호 t1의 레벨 L에서, 합성 신호 Vd1+ Vd2의 신호 성분 Vd2은 극성 반전된다. 도 9h에 도시된 바와 같이, 신호 성분 +Vd1및 -Vd2은 제3합성 신호의 기준 신호의 1주기 마다 교대로 발생한다. 그래서, 제3합성 신호는 Vd1- Vd2로서 도시된다.
따라서, 검출기(40A")는 도 10에 도시된 바와 같이 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공하는 제1회로(41A") 및 , 합성 신호 Vd1- Vd2를 제공하는 제2회로(42A")를 갖는다. 제1회로(41A")는 합성 신호 Va를 비반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP1, 합성 신호 Va를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP2 및 , 합성 신호 Vd1+ Vd2를 제공할 제어 신호 t2에 따라 연산 증폭기 OP1 및 OP2의 출력을 스위칭하는 스위치 S1를 갖는다. 제2회로(42A")는 합성 신호 Vd1+ Vd2를 비반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP3, 합성 신호 Vd1+ Vd2를 반전시켜 증폭하는 연산 증폭기 OP4 및 합성 신호 Vd1- Vd2를 제공하기 위하여 제어 신호 t1에 따라 연산 증폭기 OP3 및 OP4의 출력을 스위칭하는 스위칭 S2를 갖는다.
가산 및 감산 회로가 검출기(40A, 40A' 및 40A")의 어느 하나를 이용함으로써 연산 유니트(5A)내에 요구되지 않으므로, 연산 유니트 (5A)의 부품 부분을 간략화함과 동시에가산 및 감산 회로에서 연산에러 발생의 문제를 제거할 수 있다.
[제3실시예]
도 11에 도시된 바와 같이, 제3실시예의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭 변조되는 레이저 빔을 물체 OBJ 로 발광시키는 투사 유니트(1B) 및 , 물체로부터 다시 반사된 광을 수신하는 수신 유니트(2B)를 포함한다. 투사 및 수신 유니트(1B 및 2B)는 제1실시예의 것과 거의 동일하다. 그래서, 공동 부분 및 연산에 대한 중복 설명이 필요없게 된다. 동일 부분은 접미사 문자 B를가진 동일 번호로 표시된다.
제1 및 2실시예에서, PSD(21 및 21A)는 물체 OBJ로부터 반사된 광만을 수신한다. 그러나, 변위 측정 시스템이 일반적으로 형광 램프로부터 일광 또는 광과 같은 방해광의 면전에 이용되므로, 위치 감지 소자(PSD)(21B)는 방해 광의 영향을 받는다. 즉, 직류 성분 DC1 및 DC2은 제각기 도 12a 및 12b에 도시된 바와 같이 PSD(21B)로부터 제공된 한쌍의 위치 신호 I1및 I2내에 포함된다. 제1합성 신호 Ia를 얻기 위하여, 신호 I1및 I2는 도 12c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 선택적으로 발생하는 기준 신호와 동기하여 제1제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 제1스위칭 회로(33B)에 의해 처리된다. 즉, 위치 신호 I1의 1-주기 성분은 도 12g에 도시된 제어 신호 t1의 1-주기 성분은 도 12g에 도시된 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출되고, 신호 I2의 1-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출된다. 제1제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출된다. 제1제어 신호 t1가 기준 신호와 동기되므로, 합성 신호 Ia는 얻어질 수 있다. 제어 신호 t1는 제어 신호 발생기(35B)로부터 제공된다. 본 실시예에서, 제어 신호 t1의 주기는 기준 신호의 주기의 2배이다. 위치 신호 I1및 I2의 직류 성분 DC1 및 DC2은 합성 신호 Ia가 도 12c에 도시된 바와 같이 직류 성분 DC1-DC2의 차를 포함하도록 제1스위칭 회로(33B)에 의해 혼합된다.
합성 신호 Ia는 I/V 변환기(30B)에 의해 전압 신호 Va 로 변환된다. 그래서, 신호 Va는 신호 성분 Va1및 Va2이 도 12d에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 합성 전압 신호이다. 게다가, 신호 Va는 직류 성분 DC1-DC2의 차에 대응하는 오프셋 전압 Vd1- Vd2의 차를 포함한다.
신호 Va는 증폭기(34B)에 의해 바람직한 증폭율로 증폭되어, 검출기(40B)로입력된다. 도 12f에 도시된 바와 같이 Va가 기준 신호의 절반 주기마다 극성 반전되는 제2합성 신호 Vb를 얻기 위하여, 검출기(40B)에 의해 신호 Va는 기준 신호와 동기하여 제어 신호 t2에 따라 처리된다. 즉, 신호 Va 의 극성은 도 12e에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다. 본 실시예에서, 제어 신호 t2의 주기는 기준 신호의 주기와 동일하다. 도 12f에 도시된 바와 같이, 신호 성분 Vb1및 Vb2은 합성 신호 Vb 의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 게다가, 신호 Va 의 오프셋 전압 Vdc1및 Vdc2의 대향 극성을 가진 오프셋-삭제(offset- cancel)전압 -Vdc1및 -Vdc2은 검출기(40B)에 의해 발생되고, 제각기 합성 신호 Vb 의 신호 성분 Vb1및 Vb2내에 포함된다. 합성 신호 Vb는 도 12h 및 12i에 도시된 바와 같이 제2스위치 회로(36B)에 의해 제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 한쌍의 펄스 신호 Vd1및 Vd2로 분할된다. 즉, 합성 신호 Vb 의 신호 성분 Vb1만이 펄스 신호 Vd1를얻기 위하여 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 마찬가지로, 합성 신호 Vb 의 신호 성분 Vd2만이 펄스 신호 Vd2를 얻기 위하여 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출된다. 펄스 신호 Vd1및 Vd2는 연산 유니트(5B)로 전송되며, 상기 연산 유니트(5B)는 신호 V1를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd1를 적분하는 제1저역 통과 필터(51B), 신호 V2를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd2를 적분하는 제2저역 통과 필터(52B), 신호 V1및 V2의 합을 계산하는가산기(53B) 및 , 신호 V1및 V2의 차를 계산하는 감산기(55B)를 구비한다. 펄스 신호 Vd1가 저역 통과 필터(51B)에 의해 적분될 시에, 오프셋 전압 Vdc1은 오프셋-삭제전압 -Vdc1에 의해 삭제된다. 마찬가지로, 신호 Vd2가 저역 통과 필터(52B)에 의해 적분될시에, 오프셋 전압 Vdc2은 오프셋-삭제전압 -Vdc2에 의해 삭제된다. 그래서, 방해 광의 영향은 저역 통과 필터(51B 및 52B)의 신호 V1및 V2로부터 받지 않는다.
본 실시예에서,가산기(53B)의 출력 V1+ V2이 제1실시예와 같은 식으로 피드-백 유니트(6B)에 의해 제어되므로, 감산기(54B)의 출력 V1- V2은 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위를 나타내는 거리 신호로서 이용될 수 있다. 그러나, 피드백 유니트(6B)가 사용될지 않을 때는, 거리 신호를 얻기 위하여, 출력 V1+ V2에 의해 출력 V1- V2을 분할하는 제산 회로가 필요하다.
따라서, 위치 신호 I1및 I2가 방해 광의 영향을 받을지라도, 본 시스템은 측정의 정확도를 높이기 위하여, 변위를 나타내는 거리 신호로부터 노이즈 성분, 즉 직류 성분 DC1 및 DC2를 제거할 수 있다.
본 실시예에서, 위치 신호 I1및 I2가 도 12c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 합성 신호 Ia를 얻기 위하여, 위치 신호 I1및 I2는 제1제어 신호 t1에 따라 제1스위칭 회로(33B)에 의해 처리된다. 그러나, 위치 신호 I1및 I2가 기준 신호의 정수의 주기마다 교대로 발생하도록 다른 제어 신호에 따라 시분할 방식으로 위치 신호 I1및 I2를 처리할 수 있다. 도 13a 내지 13i에 도시된 바와 같이, 위치 신호 I1및 I2가 기준 신호의 3배 주기마다 교대로 발생하는 합성 신호 Ia'를 얻기 위하여, 예를 들면, 위치 신호 I1및 I2는 제어 신호 t1'에 따라 시분할 방식으로 처리될 수 있다. 제어 신호 t1' 의 주기는 기준 신호의 주기의 6배이다. 제어 신호 t1'를 이용함으로써, 스위칭 회로(33B 및 36B)에서 스위칭 노이즈의 발생을 줄일 수 있다.
[제4실시예]
도 14에 도시된 바와 같이, 제4실시예의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭 변조되는 레이저 빔을 물체 OBJ 로 발광시키는 광 투사 유니트(1C) 및 , 물체로부터 다시 반사된 광을 수신하는 광 수신 유니트(2C)를 포함한다. 투사 및 수신 유니트(1C 및 2C)는 제2실시예의 것과 거의 같다. 그래서, 공동 부분 및 연산에 대해 중복 설명할 필요가 없다. 동일 부분은 접미사 문자 C를가진 동일 번호로 표시된다.
도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 한쌍의 위치 신호 I1및 I2는 위치 감지 소자(PSD)(21C)로부터 제공된다. 위치 신호 I1및 I2는 제각기 I/V 변환기(30C 및 31C)에 의해 (도시되지 않은) 전압 신호 Va1및 Va2로 변환된다. 전압 신호 Va1및 Va2는 전압 신호 Va1및 Va2의 차와 전압 신호 Va1및 Va2의 합을 계산하도록 제1연산 유니트(32C)로 전송된다. 그래서, 제1연산 유니트(32C)는 출력 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2를 제공한다. 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2가 도 15c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 선택적으로 발생하는 제1합성 신호 Va를 얻기 위하여, 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2는 기준 신호와 동기하여 제1제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 스위칭 회로(33C)에 의해 처리된다. 즉 신호 Va1+ Va2의 1-주기 성분은 도 15f에 도시된 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출되고, 다른 한편, 신호 Va1- Va2의 1-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 제어 신호 t1는 제어 신호 발생기(35C)로부터 제공된다. 제1제어 신호 t1가 기준 신호와 동기되므로, 합성 신호 Va가 얻어질 수 있다. 제어 신호 t1의 주기는 기준 신호의 주기의 2배이다.
합성 신호 Va는 바람직한 증폭율로 증폭기(34C)에 의해 증폭되어, 검출기(40C)로 전송된다. 도 15e에 도시된 바와 같이 제2합성 신호 Vd를 얻기 위하여, 검출기(40C)에 의해 합성 신호 Va는 기준 신호의 1주기마다 극성 반전되도록 기준 신호와 동기하여 제어 신호 t2에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 15d에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다. 제어 신호 발생기(35C)로부터 제공된 제어 신호 t2는 제어 신호 t1와 같은 주기를 갖지만, 제어 신호 t1에 대해 90 도만큼 위상이 뒤져지는 관계에 있다. 도 15e에 도시된 바와 같이, 신호 성분 Vd1+ Vd2및 Vd1- Vd2은 합성 신호 Vd 의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 결과적으로, 합성 신호 Vd는 신호 성분 Vd1- Vd2만이 극성 반전되어 , 도 15g에 도시된 바와 같이 펄스 신호 Vd1- Vd2를 제공하도록 인출되도록 제어 신호 t1에 따라 처리된다. 게다가, 합성 신호 Vd는 (도시되지 않은) 신호 Vd2를 제공하도록 적분된다. 따라서, 검출기(40C)는 신호 Vd1- Vd2및 Vd2를 출력시킨다. 신호 Vd1- Vd2및 Vd2는 제2연산 유니트(5C)로 전송되며, 상기 제2연산 유니트(5C)는 신호 V1- V2를 제공하기 위하여 신호 Vd1- Vd2를 적분하는 제1저역 통과 필터(51C), 신호 V2를 제공하기 위하여 신호 Vd2를 적분하는 제2저역 통과 필터(52C), 신호 V1- V2의 이용으로 신호 V1+ KxV2를 계산하는 합산 회로(53C) 및 , 신호 V1+ KxV2에 의해 신호 V1- V2를 분할하는 계산 회로(54C)를 구비한다. 값 "K"은 비선형 교정을 위한 상수이다. 그래서, 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 및 표준 위치 S간의 변위를 나타내는 거리 신호는 아래식, 즉, (V1- V2)/(V1+ KxV2)에 의해 결정된다.
본 실시예에서, 제1연산 유니트(32C)는 출력 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2를 제공한다. 그러나, 제4실시예의 변형으로서, 출력 신호 Va1및 Va1- Va2를 제공하는 다른 연산 유니트는 제1연산 유니트 (32C) 대신에 이용될 수 잇다.
[제5실시예]
도 16에 도시된 바와 같이, 제4실시예의 광 변위 측정 시스템은 예정된 주기를가진 기준 신호에 의해 진폭 변조된 레이저 빔을 물체 OBJ 로 발광시키는 광 투사 유니트(1D) 및 , 물체로부터 다시 반사된 광을 수신하는 광 수신 유니트(2D)를 포함한다. 투사 및 수신 유니트(1D 및 2D)는 제2실시예의 것과 거의 동일하다. 그래서, 공동 부분 및 연산에 대해 중복 설명이 필요치 않다. 동일 부분은 접미사 문자 D를가진 동일 번호로 표시된다.
도 17a 및 17b에 도시된 바와 같이, 한쌍의 위치 신호 I1및 I2는 위치가지 소자(PSD)(21D)로부터 제공된다. 본 실시예에서, 위치 신호 I1및 I2는 노이즈의 영향으로 진폭 변조된다. 게다가, 위치 신호 I1는 위치 신호 I2와 같다. 이는 물체 OBJ로부터 다시 반사된 광이 PSD(21D)의 유효 길이의 중심에서 광 스폿을 형성한다는 것을 의미한다. 측정의 고정 확성이 요구될시에, 물체 OBJ는 통상적으로 유효 길이의 중심 부근에 세트되는데, 그 이유는 PSD(21D)의 유효 길이의 중심이 양호한 응답 특성을 제공하며, 또한 레이저 빔의 빔 사이즈에 따른에러 발생이 억제될 수 있기 때문이다. 그래서, 유효 길이의 중심 부근에 측정의 정확성을 높이는 것이 매우 중요하다. 위치 신호 I1및 I2는 제각기 I/V 변환기(30D 및 31D)에 의해(도시되지 않은) 전압 신호 Va1및 Va2의 차와, 전압 신호 Va1및 Va2의 합을 계산할 제1연산 유니트(32D)로 전송된다. 그래서, 제1연산 유니트(32D)는 출력 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2를 제공한다. 전압 신호 Va1및 Va2가 제1스위칭 유니트(33D)로 전송되기 전에 제1연산 유니트(32D)에 의해 처리되므로, 전압 신호 Va1및 Va2의 공동 노이즈 성분은 개선될 수 있다. 출력 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2가 도 17c에 도시된 바와 같이 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생하는 제1합성 신호 Va를 얻기 위하여, 출력 신호 Va1- Va2및 Va1+ Va2가 기준 신호와 동기하여 제1제어 신호 t1에 따라 시분할 방식으로 제1스위칭 회로(33D)에 의해 처리된다. 즉, 신호 Va1+ Va2의 1-주기 성분은 도 17f에 도시된 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출되고, 신호 Va1- Va2의 1-주기 성분은 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 본 실시예에서, 신호 Va1- Va2는 0 이다. 제어 신호 t1는 제어 신호 발생기(35D)로부터 제공된다. 제어 신호 t1가 기준 신호와 동기되므로, 합성 신호 Va는 얻어질 수 있다. 제어 신호 t1의 주기는 기준 신호의 주기의 2배이다.
합성 신호 Va는 바람직한 증폭율로 증폭기(34D)에 의해 증폭되어, 검출기(40D)로 전송된다. 합성 신호 Va가 도 17e에 도시된 바와 같이 기준 신호의 절반 주기마다 극성 반전되는 제2합성 신호 Vd를 얻기 위하여, 검출기(40D)에 의해, 합성 신호 Va는 기준 신호와 동기하여 제어 신호 t2에 따라 처리된다. 즉, 합성 신호 Va 의 극성은 도 17d에 도시된 제어 신호 t2의 레벨 H에서 반전되지 않지만, 제어 신호 t2의 레벨 L에서 반전된다. 도 17e에 도시된 바와 같이, 신호 성분 Vd1+ Vd2및 Vd1- Vd2은 합성 신호 Vd 의 기준 신호의 1주기마다 교대로 발생한다. 제어 신호 t2의 주기는 기준 신호의 주기와 같다.
제2합성 신호 Vd는 도 17g 및 17h에 도시된 바와 같이 제2스위칭 회로(36D)에 의해 제어 신호 t1에 따라 한쌍의 펄스 신호 Vd1+ Vd2및 Vd1- Vd2로 분할된다. 즉, 합성 신호 Vd 의 신호 성분 Vd1+ Vd2만이 펄스 신호 Vd1+ Vd2를 제공하도록 제어 신호 t1의 레벨 H에서 인출된다. 다른 한편, 합성 신호 Vd 의 신호 성분 Vd1- Vd2(=0)만은 제어 신호 t1의 레벨 L에서 인출된다. 펄스 신호 Vd1+ Vd2및 Vd1- Vd2는 제2연산 유니트(5D)로 전송되며, 상기 제2연산 유니트(5D)는 신호 V1- V2를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd1- Vd2를 적분하는 제1저역 통과 필터(51D), 신호 V1+ V2를 제공하기 위하여 펄스 신호 Vd1+ Vd2를 적분하는 제2저역 통과 필터(52D) 및 , 물체 OBJ 상의 광 스폿 P 표준 위치 S간의변위를 나타내는 거리 신호를 제공하도록 신호 V1+ V2에 의해 신호 V1- V2를 분할하는 분할기(54D)를 구비한다. 그래서, 거리 신호는 아래식, 즉(V1- V2)/(V1+ V2)에 의해 결정된다.
본 실시예에서, 전압 신호 Va1및 Va2는 제1연산 유니트(32D)로 입력되어, PSD(21D)로부터 제공된 전류 신호 I1및 I2는 I/V 변환기(30D 및 31D)에 의해 전압 신호 Va1및 Va2로 변환됨이 요구된다. 그러나, 제1 및 2연산 유니트(32D 및 5D)가 전류 신호 I1및 I2를 수신하도록 수정될시에, 이런 변위 측정 시스템으로부터 I/V 변환기 (30D 및 31D)의 이용을 제거할 수 있다.
본 발명은 그의 정신 또는 필수 특성으로부터 벗어나지 않고 다른 특정형으로 실시될 수 있다. 그래서, 본 실시예는 모든 관점에서 실례 및 비제한적으로 고려되고 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해 나타나 있다.

Claims (24)

  1. 삼각 측정을 이용하는 광 변위 측정 시스템에 있어서, 예정된 주기를가지는 기준 신호에 의해 진폭-변조되는 광 빔을 물체로 방사하기 위한 광 투사 수단; 상기 물체에 의해 반사되는 광을 수신하여, 한 쌍의 제1 및 제2위치 신호들을 제공하기 위한 위치 신호 생성기; 상기 기준 신호와 동기하여 제1 및 제2제어 신호들을 제공하기 위한 제어 신호 생성 수단; 제1합성 신호를 얻기 위하여 상기 제1제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2위치 신호들을 시분할 방식으로 처리하기 위한 제1스위칭 수단으로서, 상기 제1 및 제2위치 신호들은 번갈아 나타나고, 상기 기준 신호의 모든 n 주기마다 한번씩 나타나며, n은 양의 정수인, 상기 제1스위칭 수단; 바람직한 증폭율로 상기 제1합성 신호를 증폭하기 위한 단일 증폭 수단; 및 , 제2합성 신호를 얻기 위하여 상기 제2제어 신호에 따라 상기 증폭 수단으로부터 제공되는 상기 제1합성 신호의 극성을 주기적으로 반전하고, 상기 제2합성 신호로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 거리를 결정하기 위한 거리 결정 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은, 상기 제2합성 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1/2주기마다 극성-반전되도록 상기 제2제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리하기 위한 단일 검출 수단; 상기 제1제어 신호에 따라 한 쌍의 제3 및 제4위치 신호들로 상기 제2합성 신호를 분할하기 위한 제2스위칭 수단; 및 상기 제3 및 제4위치 신호들을 이용함으로써 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리를 결정하기 위한 제1연산(operating) 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1연산 수단은 상기 위치 신호 생성기에 의해 수신되는 광에너지량을 나타내는 광에너지 신호를 출력하고, 상기 거리 결정 수단은, 상기 광에너지 신호 및 일정한 값 사이의 차를 나타내는 아날로그 출력 신호를 제공하기 위하여, 상기 광에너지 신호를 일정한 값과 비교하기 위한 비교수단, 및 상기 광에너지 신호가 상기 일정한 값으로 유지되도록, 상기 비교 수단의 상기 출력 신호에 따라 상기 증폭 수단의 증폭율과 상기 광 투사 수단의 광 출력중 적어도 하나를 제어하기 위한 피드백 제어 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피드백 제어 수단은 상기 광에너지 신호가 상기 일정한 값보다 작을 때, 상기 증폭율을 증가시키기 위하여 제1피드백 제어 신호를 상기 증폭 수단에 제공하고, 상기 광에너지 신호가 상기 일정한 값보다 클 때, 상기 광 출력을 감소시키기 위하여 제2피드백 제어 신호를 상기 광 투사 수단에 제공하는 광 변위 측정 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 위치 신호 생성기는 상기 물체에 의해 반사되는 상기 광을 수신하고 한 쌍의 예비 위치 신호들을 제공하기 위한 광 감지 수단; 및 상기 예비 위치 신호들중의 하나인 상기 제2위치 신호, 및 상기 예비 위치 신호들간의 차를 나타내는 상기 제1위치 신호를 상기 제1스위칭 수단에 제공하기 위한 제2연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 제2연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1 및 제2저역 통과 필터들의 출력들의 합을 계산하고, 제3연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2저역 통과 필터의 출력과 보정 상수를 곱하며, 제4연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2연산 신호와 상기 제3연산 신호를 합산하기 위한 합산 수단; 제5연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1저역 통과 필터의 출력을 상기 제4연산 신호로 나누기 위한 제산 수단으로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리가 결정되는 상기 제산수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 제1연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1 및 제2저역 통과 필터들의 출력들의 합을 계산하기 위한 합산 수단; 제2연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1 및 제2저역 통과 필터들의 출력들의 차를 계산하기 위한 감산 수단 및 , 제3연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2연산 신호를 상기 제1연산 신호로 나누기 위한 제산 수단으로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리가 결정되는 상기 제산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 위치 신호 생성기는, 상기 물체에 의해 반사되는 상기 광을 수신하고, 한 쌍의 예비 위치 신호들을 제공하기 위한 광 감지 수단; 상기 예비 위치 신호들의 차를 나타내는 상기 제1위치 신호, 및 상기 예비 위치 신호들의 합을 나타내는 상기 제2위치 신호를 상기 제1스위칭 수단에 제공하기 위한 제2연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 및 제3연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1저역 통과 필터의 출력을 상기 제2저역 통과 필터의 출력으로 나누기 위한 제산 회로로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 거리가 결정되는 상기 제산 회로를 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 위치 신호 생성기는, 상기 물체에 의해 반사되는 상기 광을 수신하고, 전류 신호들인 한 쌍의 예비 위치 신호들을 제공하기 위한 광 감지 수단; 및 상기 전류 신호들을 대응하는 전압 신호들로 변환하는 전류/전압 변환 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1스위칭 수단은 상기 제1합성 신호를 제공하고, 상기 제1 및 제2위치 신호는 교대로 일어나고, 상기 기준 신호의 매 주기마다 한번씩 일어나는 광 변위 측정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은, 상기 제2합성 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1주기마다 극성 반전되도록 상기 제1제어 신호에 대해 90도만큼 위상이 뒤쳐지는 관계에 있는 제2제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리한 후, 상기 제1제어 신호에 따라 상기 제2합성 신호로부터 제3위치 신호를 추출하고, 제4위치 신호를 얻기 위하여 상기 제2합성 신호를 적분하기 위한 검출 수단; 및 상기 제3 및 제4위치 신호를 사용함으로써 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리를 결정하기 위한 제1연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 위치 신호 생성기는, 상기 물체에 의해 반사되는 상기 광을 수신하고, 한 쌍의 예비 위치 신호들을 제공하기 위한 광 감지 수단; 및 상기 예비 위치 신호들간의 차를 나타내는 상기 제1위치 신호와 상기 예비 위치신호들의 합을 나타내는 상기 제2위치 신호를 상기 제1스위칭 수단에 제공하기 위한 제2연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 제3연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1 및 제2저역 통과 필터들의 출력들의 합을 계산하고, 제4연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2저역 통과 필터의 출력을 교정 상수로 곱하며, 제5연산 신호를 얻기 위하여 상기 제3연산 신호와 상기 제4연산 신호를 합산하기 위한 합산 수단; 및 제6연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1저역 통과 필터의 출력을 상기 제5연산 신호로 나누기 위한 제산 수단으로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리가 결정되는 상기 제산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 위치 신호 생성기는, 상기 물체에 의해 반사되는 상기 광을 수신하고, 한 쌍의 예비 위치 신호들을 제공하기 위한 광 감지 수단; 및 상기 예비 위치 신호들의 하나인 상기 제1위치 신호, 및 상기 예비 위치 신호들간의 차를 나타내는 상기 제2위치 신호를 상기 제1스위칭 수단에 제공하기 위한 제2연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 제2연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1 및 제2저역 통과 필터들의 출력들의 합을 계산하고, 제3연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2저역 통과 필터의 출력을 교정 상수와 곱하며, 제4연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2연산 신호와 상기 제3연산 신호를 합산하기 위한 합산 수단; 및 제5연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1저역 통과 필터의 출력을 상기 제4연산 신호로 나누기 위한 제산 수단으로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 거리가 결정되는 상기 제산 회로를 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제어 신호 생성 수단은 상기 기준 신호와 동기하여 제3제어 신호를 더 제공하고, 상기 제3제어 신호는 상기 제1제어 신호에 대해 90도만큼 위상이 뒤쳐지는 관계에 있는 광 변위 측정 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은, 상기 제3위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1/2주기마다 극성-반전되도록 상기 제2제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리하기 위한 제1회로, 및 상기 제4위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1주기마다 극성-반전되도록 상기 제3제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리하기 위한 제2회로를 포함하는 검출 순단; 및 상기 제3 및 제4위치 신호들을 이용함으로써 상기 광 투사 수단과, 상기 물체간의 상기 거리를 결정하기 위한 제1연산(operating) 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 및 연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2저역 통과 필터의 출력을 상기 제1저역 통과 필터의 출력으로 나누기 위한 제산 회로로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 거리가 결정되는 상기 제산 회로를 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  20. 제11항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은 상기 제3위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1주기마다 극성-반전되도록 상기 제1제어 신호에 대해 90도만큼 위상이 뒤쳐지는 관계에 있는 상기 제2제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리하기 위한 제1회로, 및 제4위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제3위치 신호가 상기 기준 신호의 1주기마다 극성-반전되도록 상기 제1제어 신호에 따라 상기 제3위치 신호를 처리하기 위한 제2회로를 포함하는 검출 수단; 및 상기 제3 및 제4위치 신호들을 이용함으로써 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리를 결정하기 위한 제1연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 연산 신호를 얻기 위하여 상기 제1저역 통과 필터의 출력을 상기 제2저역 통과 필터의 출력으로 나누기 위한 제산 회로로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리가 결정되는 상기 제산 회로를 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  22. 제11항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은, 상기 제3위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제1합성 신호가 상기 기준 신호의 1/2주기마다 극성-반전되도록 상기 제2제어 신호에 따라 상기 제1합성 신호를 처리하기 위한 제1회로, 제4위치 신호를 얻기 위하여, 상기 제3위치 신호가 상기 기준 신호의 1주기마다 극성-반전되도록 상기 제1제어 신호에 따라 상기 제3위치 신호를 처리하기 위한 제2회로를 포함하는 검출 수단; 및 상기 제3 및 제4위치 신호들을 이용함으로써 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리를 결정하기 위한 제1연산 수단을 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1연산 수단은, 상기 제3위치 신호를 적분하기 위한 제1저역 통과 필터; 상기 제4위치 신호를 적분하기 위한 제2저역 통과 필터; 및 연산 신호를 얻기 위하여 상기 제2저역 통과 필터의 출력을 상기 제1저역 통과 필터의 출력으로 나누기 위한 제산 회로로서, 이로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 상기 거리가 결정되는 상기 제산 회로를 포함하는 광 변위 측정 시스템.
  24. 예정된 주기를가지는 기준 신호에 의해 진폭-변조되는 광 빔을 물체로 방사하는 단계; 상기 물체에 의해 반사되는 광을 수신하고, 한 쌍의 제1 및 제2위치 신호들을 제공하는 단계; 상기 기준 신호와 동기하여 제1 및 제2제어 신호들을 제공하는 단계; 제1합성 신호를 얻기 위하여 상기 제1제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2위치 신호들을 시분할 방식으로 처리하는 단계로서, 상기 제1 및 제2위치 신호들은 번갈아 나타나고, 상기 기준 신호의 모든 n 주기마다 한번씩 나타나며, n은 양의 정수인, 상기 제1 및 제2위치 신호 처리 단계; 바람직한 증폭율로 상기 제1합성 신호를 증폭하는 단계; 제2합성 신호를 얻기 위하여 상기 제2제어 신호에 따라 상기 증폭 수단으로부터 제공되는 상기 제1합성 신호의 극성을 주기적으로 반전하는 단계; 및 상기 제2합성 신호로부터 상기 광 투사 수단과 상기 물체간의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 광 변위 측정 방법.
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