(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項２】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項３】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項４】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項５】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項６】
点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたことを特徴とする光学式変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体までの距離や物体の変位を三角測量法を用いて非接触で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９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投光スポットを形成する投光レンズ２とによって投光手段を構成し、この投光スポットを物体Ａの表面に照射し、物体Ａ表面での反射光を受光レンズ３に通して収束させ、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であるＰＳＤ（Ｐｏｓｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）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までの距離や変位を測定するように構成されている。受光素子であるＰＳＤ４は、受光面に対する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（電流信号）を出力する。なお、各位置信号の信号値はＰＳＤ４における受光量に応じて増減する。いま、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。
【０００３】
図９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断続されている。ＰＳＤ４から出力される電流信号の位置信号は、それぞれ各別に電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ回路）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  の出力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。この検波された各位置信号が積分回路から成るローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）１１１  ，１１２  にて平滑され、ノイズ分が除去されて演算部１２の加算器１３及び減算器１４にそれぞれ入力される。さらに、これら加算器１３と減算器１４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、ＬＰＦ１１１  ，１１２  から出力される各位置信号（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】
図１０は他の従来構成を示しており、図９に示した従来構成とは演算部１２における除算器１５をなくし、代わりにＰＳＤ４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、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の出力をパルス変調（パルス振幅変調）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、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の発光光量が調整され、ＰＳＤ４の受光光量が略一定に保たれることになる。その結果、加算器１３からの加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）は、回路のダイナミックレンジや応答特性を無視した理想系では一定であって、減算器１４からの減算出力（Ｖ１  −Ｖ２  ）は、（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。
【０００５】
図１１は更に別の従来構成を示しており、図１０に示した従来構成とはフィードバック制御の方法が異なっている。つまり、図１１に示した従来構成では、電圧信号に変換された一対の位置信号を増幅する増幅器を可変増幅器１８１  ，１８２  とし、加算器１３の加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）と基準値Ｖｒｅｆ  とを比較した比較器１６の出力により可変増幅器１８１  ，１８２  の増幅度を可変し、加算器１３の加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）が略一定に保たれるようにフィードバック制御しており、図１０に示した従来構成と同様に除算器１５が必要で無くなるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記各従来構成においては、何れもＰＳＤ４の一対の位置信号に対して各別にＩ／Ｖ回路７１  ，７２  、増幅器８１  ，８２  （あるいは可変増幅器１８１  ，１８２  ）、同期検波回路９１  ，９２  及びＬＰＦ１１１  ，１１２  が設けられており、全く同一の機能を有する回路を２系統用いなければならなかった。このように同一構成及び機能を有する回路群を２系統設けることにより、以下のような不具合が生じていた。
【０００７】
まず、実際の回路では構成部品のばらつきなどによって同一の２つの回路の間に増幅率の差（ゲイン誤差）を生じる場合がある。また、各回路が構成部品のばらつきなどによって固有の温度特性や周波数特性を有し、周囲温度の変化や経時変化に対して各別の増幅率を持つようになる場合がある。その結果、上記ゲイン誤差により測定精度が低下してしまうという不具合があった。
【０００８】
さらに、図１２（ａ）に示すような物体Ａの移動に対して、同一の２つの回路間に周波数特性の差が無いときには物体Ａの移動に対する応答特性に差は生じないが（図１２（ｂ）参照）、上述のように２つの回路が異なる周波数特性を有するようになった場合にはそれぞれが異なる応答特性を示すことになり、物体Ａの変位に対して過渡的誤差を生じてしまう（図１２（ｃ）参照）。また、同一の回路間で混入するノイズによるオフセットずれに差が生じ、測定精度を低下させるとともにオフセットずれの補正を行う場合には２つの系統毎に補正手段を設ける必要があり、それだけコストアップを招いてしまうという不具合があった。しかも、根本的に同一回路群を２系統設けることは、装置全体の小型化を妨げるだけでなく、コストダウンを困難にしてしまうという不具合があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理可能とする光学式変位測定装置を提供することにある。
【００１０】
【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、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができる。しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号を、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、上記目的を達成するために、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、上記目的を達成するために、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができる。しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号を、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、上記目的を達成するために、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１５】
請求項６の発明は、上記目的を達成するために、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたものであり、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになるから、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることができる。しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号を、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるため、切換時に発生するノイズの影響を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は請求項１に係る発明の実施形態を示す回路ブロック図であり、図９に示した従来構成に比較してＰＳＤ４の一対の位置信号を格別に切り換える切換手段たるスイッチ回路１９１  ，１９２  をＩ／Ｖ回路７の前段と同期検波回路９の後段とに設けることにより、Ｉ／Ｖ回路７、増幅器８及び同期検波回路９の回路群を１系統とした点が異なる。
【００１８】
Ｉ／Ｖ回路７の前段に設けられたスイッチ回路１９１  は、タイミング回路１０から出力され、駆動回路５を通じてレーザダイオード１を発光させる発振器６の原発振信号（変調信号）の１周期毎に反転する制御信号ｔ１  （図２（ｇ）参照）により切り換えられるものであり、Ｉ／Ｖ回路７に入力される位置信号を選択するようになっている。つまり、図２（ａ）（ｂ）に示すような位置信号の原信号（電流信号）Ｉ１  ，Ｉ２  がスイッチ回路１９１  において選択されることにより、Ｉ／Ｖ回路７には図２（ｃ）に示すように一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  が時系列的に混合されて入力される。ここで、各位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  が持つ直流成分ＤＣ１  ，ＤＣ２  はスイッチ回路１９１  において混合されることで両者の電流値の差分ＤＣ１  −ＤＣ２  に変換される（図２（ｃ）参照）。Ｉ／Ｖ回路７では上記混合された位置信号を電圧信号に変換し、増幅器８へ出力する。増幅器８は入力された位置信号（電圧信号）を適当なレベルにまで増幅する（図２（ｄ）参照）。このとき、上記直流成分ＤＣ１  ，ＤＣ２  がオフセット電圧Ｖｄｃ１  ，Ｖｄｃ２  として増幅器８の出力信号Ｖａに含まれている。
【００１９】
増幅器８にて増幅された位置信号Ｖａは同期検波回路９に入力される。同期検波回路９は、タイミング回路１０から出力される検波タイミング信号ｔ２  （図２（ｅ）参照）によって位置信号Ｖａを同期検波し、信号Ｖｂを出力する（図２（ｆ）参照）。ここで、上記検波タイミング信号ｔ２  は変調信号（発振器６の原発振信号）の周期と一致させてある。
【００２０】
同期検波回路９にて検波された信号（位置信号）Ｖｂは、スイッチ回路１９２  によって出力される先のＬＰＦ１１１  ，１１２  が選択され切り換えられるようになっている。すなわち、スイッチ回路１９２  はスイッチ回路１９１  と同様にタイミング回路１０からの制御信号ｔ１  により切り換えられるから、結局、スイッチ回路１９１  において混合された位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  が一対の脈流信号（位置信号）Ｖｄ１  ，Ｖｄ２  に分離されることになる（図２（ｈ）（ｉ）参照）。ここで各位置信号Ｖｄ１  ，Ｖｄ２  においては、増幅器８の出力Ｖａに含まれているオフセット電圧Ｖｄｃ１  ，−Ｖｄｃ２  の逆極性電圧−Ｖｄｃ１  ，Ｖｄｃ２  が同期検波回路９での同期検波時に生じている（図２（ｈ）（ｉ）参照）。しかしながら、後段のＬＰＦ１１１  ，１１２  によって各脈流信号Ｖｄ１  ，Ｖｄ２  から直流成分を取り出すことにより、これらオフセット分Ｖｄｃ１  ，Ｖｄｃ２  をキャンセルすることができる。後は、図９に示す従来構成と同様に、ＬＰＦ１１１  ，１１２  から出力される一対の位置信号に対して演算部１２にて加算、減算及び除算処理が行われ、物体Ａまでの距離や変位を示すアナログ信号が出力される。
【００２１】
上記構成によれば、図９に示した従来構成の不具合を回避することができる。すなわち、レーザダイオード１の変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎に切り換わるスイッチ回路１９１  により、一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  のうちで次段に出力される信号を切り換え、これによって両位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  を時系列的に混合するとともに、後段のスイッチ回路１９２  において上記変調信号の一周期毎に次段に出力される信号を選択し切り換えることで混合された信号を分離するようにしたため、Ｉ／Ｖ回路７、増幅器８及び同期検波回路９の回路群を１系統のみにすることができ、同一の回路群を２系統備える図９に示した従来構成に比較して、同一回路間の部品ばらつきや温度特性の違いによる増幅率の変動による測定誤差の発生を抑えることができるのである。また、一対の位置信号を一つの同期検波回路９にて同期検波することにより、それぞれの位置信号を各別に同期検波回路９１  ，９２  を用いて同期検波する場合に比較して、オフセットによる誤差の発生を回避することができる。なお、このオフセット誤差は、上述のように同期検波回路９の前段（増幅器８より前段）で発生したものであれば、その原因が直流誤差による誤差であっても、また、混入ノイズによる誤差であってもほぼ完全にキャンセルすることができる。ここで、同期検波回路９の出力時に発生する僅かなオフセット誤差については、回路群が１系統であるために簡単な補正回路を設けることで取り除くことができる。さらに、周波数特性にも差が生じることがなく、レーザダイオード１の変調周波数の変化による測定誤差の発生や、位置信号の変化に対する過渡的な誤差の発生を防止することができる。
【００２２】
ところで、本実施形態ではスイッチ回路１９１  ，１９２  の切換タイミング（制御信号ｔ１  の周期）は、図２（ｇ）に示すようにレーザダイオード１を発光させる変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎としているが、例えば、図３（ｇ）に示すように、三周期毎としてもよい。このように、スイッチ回路１９１  、１９２  を上記変調信号の複数周期毎に切り換えるようにすれば、一周期毎に切り換える場合に比較して、スイッチ回路１９１  ，１９２  の切換時に発生するノイズの位置信号への影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００２３】
また、図４に示すように、位置信号を混合するためのスイッチ回路１９１  は、Ｉ／Ｖ回路７１  ，７２  の次段に設けてもよい。このように、ＰＳＤ４から出力される電流信号から成る一対の位置信号を、一旦適当なレベルの電圧信号に変換してからスイッチ回路１９１  にて混合するようにすれば、スイッチ回路１９１  の切換時に発生するノイズの上記位置信号に対する影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００２４】
（実施形態２）
図５は請求項４に係る発明の実施形態を示す回路ブロック図であり、図１０に示した従来構成に比較してＰＳＤ４の一対の位置信号を格別に切り換える切換手段たるスイッチ回路１９１  ，１９２  をＩ／Ｖ回路７の前段と同期検波回路９の後段とに設けることにより、Ｉ／Ｖ回路７、増幅器８及び同期検波回路９の回路群を１系統とした点が異なる。なお、他の構成及び基本的な動作については図１０に示した従来構成と共通であり、また、スイッチ回路１９１  ，１９２  の動作については実施形態１と同様であるから詳しい説明は省略する。
【００２５】
本実施形態においては、実施形態１と同様にＩ／Ｖ回路７の前段に設けられたスイッチ回路１９１  によってＰＳＤ４から出力された一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  をレーザダイオード１の変調信号の一周期毎に時系列的に混合し、１系統の回路群（Ｉ／Ｖ回路７、増幅器８、同期検波回路９）にて信号処理した後、再度上記変調信号の一周期毎に切り換えられるスイッチ回路１９２  によって混合された位置信号を時系列的に分離し、ＬＰＦ１１１  ，１１２  及び演算部１２において処理演算されることで物体Ａの距離あるいは変位情報を含むアナログ信号が出力されるのである。ここで、演算部１２の加算器１３の加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）を略一定とするフィードバック系の動作については、図１０に示した従来構成と共通であるから説明は省略する。
【００２６】
上記構成によれば、図１０に示した従来構成の不具合を回避することができる。すなわち、レーザダイオード１の変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎に切り換わるスイッチ回路１９１  により、一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  のうちで次段に出力される信号を切り換え、これによって両位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  を時系列的に混合するとともに、後段のスイッチ回路１９２  において上記変調信号の一周期毎に次段に出力される信号を選択し切り換えることで混合された信号を分離するようにしたため、Ｉ／Ｖ回路７、増幅器８及び同期検波回路９の回路群を１系統のみにすることができ、同一の回路群を２系統備える図１０に示した従来構成に比較して、同一回路間の部品ばらつきや温度特性の違いによる増幅率の変動による測定誤差の発生を抑えることができるのである。また、一対の位置信号を一つの同期検波回路９にて同期検波することにより、それぞれの位置信号を各別に同期検波回路９１  ，９２  を用いて同期検波する場合に比較して、オフセットによる誤差の発生を回避することができる。なお、このオフセット誤差は、同期検波回路９の前段（増幅器８より前段）で発生したものであれば、その原因が直流誤差による誤差であっても、また、混入ノイズによる誤差であってもほぼ完全にキャンセルすることができる。ここで、同期検波回路９の出力時に発生する僅かなオフセット誤差については、回路群が１系統であるために簡単な補正回路を設けることで取り除くことができる。さらに、周波数特性にも差が生じることがなく、レーザダイオード１の変調周波数の変化による測定誤差の発生や、位置信号の変化に対する過渡的な誤差の発生を防止することができる。
【００２７】
ところで、本実施形態ではスイッチ回路１９１  ，１９２  の切換タイミング（制御信号ｔ１  の周期）は、図２（ｇ）に示すようにレーザダイオード１を発光させる変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎としているが、例えば、図３（ｇ）に示すように、三周期毎としてもよい。このように、スイッチ回路１９１  ，１９２  を上記変調信号の複数周期毎に切り換えるようにすれば、一周期毎に切り換える場合に比較して、スイッチ回路１９１  ，１９２  の切換時に発生するノイズの位置信号への影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００２８】
また、図６に示すように、位置信号を混合するためのスイッチ回路１９１  は、Ｉ／Ｖ回路７１  ，７２  の次段に設けてもよい。このように、ＰＳＤ４から出力される電流信号から成る一対の位置信号を、一旦適当なレベルの電圧信号に変換してからスイッチ回路１９１  にて混合するようにすれば、スイッチ回路１９１  の切換時に発生するノイズの上記位置信号に対する影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００２９】
（実施形態３）
図７は請求項７に係る発明の実施形態を示す回路ブロック図であり、図１１に示した従来構成に比較してＰＳＤ４の一対の位置信号を格別に切り換える切換手段たるスイッチ回路１９１  ，１９２  をＩ／Ｖ回路７の前段と同期検波回路９の後段とに設けることにより、Ｉ／Ｖ回路７、可変増幅器１８及び同期検波回路９の回路群を１系統とした点が異なる。なお、他の構成及び基本的な動作については図１１に示した従来構成と共通であり、また、スイッチ回路１９１  ，１９２  の動作については実施形態１と同様であるから詳しい説明は省略する。
【００３０】
本実施形態においては、実施形態１と同様にＩ／Ｖ回路７の前段に設けられたスイッチ回路１９１  によってＰＳＤ４から出力された一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  をレーザダイオード１の変調信号の一周期毎に時系列的に混合し、１系統の回路群（Ｉ／Ｖ回路７、可変増幅器１８、同期検波回路９）にて信号処理した後、再度上記変調信号の一周期毎に切り換えられるスイッチ回路１９２  によって混合された位置信号を時系列的に分離し、ＬＰＦ１１１  ，１１２  及び演算部１２において処理演算されることで物体Ａの距離あるいは変位情報を含むアナログ信号が出力されるのである。ここで、演算部１２の加算器１３の加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）を略一定とするフィードバック系の制御動作（加算出力（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）を略一定とするように可変増幅器１８の増幅度を調整する制御）については、図１１に示した従来構成と共通であるから説明は省略する。
【００３１】
上記構成によれば、図１１に示した従来構成の不具合を回避することができる。すなわち、レーザダイオード１の変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎に切り換わるスイッチ回路１９１  により、一対の位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  のうちで次段に出力される信号を切り換え、これによって両位置信号Ｉ１  ，Ｉ２  を時系列的に混合するとともに、後段のスイッチ回路１９２  において上記変調信号の一周期毎に次段に出力される信号を選択し切り換えることで混合された信号を分離するようにしたため、Ｉ／Ｖ回路７、可変増幅器１８及び同期検波回路９の回路群を１系統のみにすることができ、同一の回路群を２系統備える図１１に示した従来構成に比較して、同一回路間の部品ばらつきや温度特性の違いによる増幅率の変動による測定誤差の発生を抑えることができるのである。また、一対の位置信号を一つの同期検波回路９にて同期検波することにより、それぞれの位置信号を各別に同期検波回路９１  ，９２  を用いて同期検波する場合に比較して、オフセットによる誤差の発生を回避することができる。なお、このオフセット誤差は、同期検波回路９の前段（可変増幅器１８より前段）で発生したものであれば、その原因が直流誤差による誤差であっても、また、混入ノイズによる誤差であってもほぼ完全にキャンセルすることができる。ここで、同期検波回路９の出力時に発生する僅かなオフセット誤差については、回路群が１系統であるために簡単な補正回路を設けることで取り除くことができる。さらに、周波数特性にも差が生じることがなく、レーザダイオード１の変調周波数の変化による測定誤差の発生や、位置信号の変化に対する過渡的な誤差の発生を防止することができる。
【００３２】
ところで、本実施形態ではスイッチ回路１９１  ，１９２  の切換タイミング（制御信号ｔ１  の周期）は、図２（ｇ）に示すようにレーザダイオード１を発光させる変調信号（発振器６の原発振信号）の一周期毎としているが、例えば、図３（ｇ）に示すように、三周期毎としてもよい。このように、スイッチ回路１９１  ，１９２  を上記変調信号の複数周期毎に切り換えるようにすれば、一周期毎に切り換える場合に比較して、スイッチ回路１９１  ，１９２  の切換時に発生するノイズの位置信号への影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００３３】
また、図８に示すように、位置信号を混合するためのスイッチ回路１９１  は、Ｉ／Ｖ回路７１  ，７２  の次段に設けてもよい。このように、ＰＳＤ４から出力される電流信号から成る一対の位置信号を、一旦適当なレベルの電圧信号に変換してからスイッチ回路１９１  にて混合するようにすれば、スイッチ回路１９１  の切換時に発生するノイズの上記位置信号に対する影響を抑制し、このようなノイズによる誤差の発生を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【００３５】
請求項２の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算するとともに求めた差と和の商を演算する演算手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の複数周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【００３６】
請求項３の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【００３７】
請求項４の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように投光手段の発光光量をフィードバック制御する光量制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の複数周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【００３８】
請求項５の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の一周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の一周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【００３９】
請求項６の発明は、点状の投光スポットを物体の表面に周期的に照射する投光手段と、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に通して収束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対応して出力レベルの比率が決まる一対の位置信号を電流信号として出力する受光手段と、各位置信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電圧信号に変換された各位置信号を投光手段による投光スポットの照射に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段にて検波された各位置信号の出力レベルの差及び和を演算する演算手段と、位置信号の出力レベルの和が略一定に保たれるように各位置信号を増幅する可変増幅器の増幅度をフィードバック制御する増幅度制御手段と、一対の位置信号のうちで少なくとも同期検波手段にて同期検波されて演算手段に出力される位置信号を上記照射周期の複数周期毎に各別に切り換える切換手段とを備え、該切換手段を電流電圧変換手段の後段に設けたので、一対の位置信号は投光スポットの照射周期の複数周期毎に交互に少なくとも同期検波手段へ入力され且つ演算手段へ出力されることになり、少なくとも同期検波手段を一対の位置信号に対して共通に用いることで複数の同期検波手段を用いた場合の不具合を解消し、且つ構成の簡素化による小型化やコストダウンが図れ、一対の位置信号を簡単な構成により高精度で処理することができ、しかも、切換手段による切り換えを照射周期の複数周期毎に行うとともに、一対の位置信号は、電流信号から成る位置信号の原信号を一旦電圧信号に変換した後で切換手段により切り換えるので、切換時に発生するノイズの影響を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】同上の別の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】同上の別の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】実施形態２を示す回路ブロック図である。
【図６】同上の別の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】実施形態３を示す回路ブロック図である。
【図８】同上の別の構成を示す回路ブロック図である。
【図９】従来例を示す回路ブロック図である。
【図１０】他の従来例を示す回路ブロック図である。
【図１１】さらに別の従来例を示す回路ブロック図である。
【図１２】同上の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  レーザダイオード
４  ＰＳＤ
６  発振器
７  電流電圧変換回路
８  増幅器
９  同期検波回路
１０  タイミング回路
１１１  ，１１２    ＬＰＦ
１２  演算部
１９１  ，１９２    スイッチ回路
Ａ  物体
【図１】
0003627308.tif 000002
【図２】
0003627308.tif 000003
【図３】
0003627308.tif 000004
【図４】
0003627308.tif 000005
【図５】
0003627308.tif 000006
【図６】
0003627308.tif 000007
【図７】
0003627308.tif 000008
【図８】
0003627308.tif 000009
【図９】
0003627308.tif 000010
【図１０】
0003627308.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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