(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物との距離または該測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、
前記測定対象物に光を照射する光源と、
列状に配列された複数の画素を有し、前記測定対象物からの反射光を受光して各画素での受光量を一端部の画素から他端部の画素まで順に受光信号として読み出すイメージセンサと、
前記測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードを設定する動作モード設定手段と、
前記動作モード設定手段により設定された動作モードを判別する動作モード判別手段と、
所定レベル以上の前記イメージセンサから読み出される受光信号をピークとして認識するピーク認識手段と、
前記動作モード判別手段により判別された動作モードに基づいて、前記ピーク認識手段によって認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークを選択するピーク選択手段と、
前記ピーク選択手段によって選択されたピークの前記イメージセンサにおける位置を求めるピーク位置検出手段とを備えたことを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
前記イメージセンサは、イメージセンサに対して近接する位置に存在する前記測定対象物の第１測定位置ならびに、該第１測定位置よりもイメージセンサに対し離れた位置にある前記測定対象物の第２測定位置の各々からの反射光を受光するとともに、前記第２測定位置からの反射光が読み出し開始側の前記一端部に近い位置に結像されるように配設されることを特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
【請求項３】
前記イメージセンサの測定領域において、読み出し開始側が読み出し終了側よりも相対的に遠い位置に存在する測定対象物からの反射光を受けることができることを特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
【請求項４】
前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から２番目の、前記第１測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項２記載の光学式変位計。
【請求項５】
前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から１番目の、前記第２測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項２記載の光学式変位計。
【請求項６】
前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側から２番目の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項３記載の光学式変位計。
【請求項７】
前記イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、
前記動作モードは、前記読み出し開始側から１番目の、前記測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項３記載の光学式変位計。
【請求項８】
前記イメージセンサは、複数箇所からの反射光を受光する際、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が、読み出し開始側の前記一端部に近い位置に結像されるように配設され、所定の位置に設けられる非透過性の測定対象物の計測において、前記動作モードは、前記読み出し開始側の前記一端部から１番目のピークを選択するための動作モードを含むことを特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物との距離または測定対象物の変位を測定する光学式変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の移動量、物体の寸法等を測定するために、三角測量を応用した光学式変位計が用いられる。図７は従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図７において、ヘッド部１１０は、駆動回路１０１、レーザダイオード１０２、投光レンズ１０３、受光レンズ１０４およびＣＣＤ（電荷結合素子）１次元イメージセンサ（以下、ＣＣＤリニアセンサと呼ぶ）１０５を内蔵する。
【０００４】
駆動回路１０１はレーザダイオード１０２を駆動する。レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光は投光レンズ１０３を通して測定対象物１００に照射される。測定対象物１００からの反射光が受光レンズ１０４を通してＣＣＤリニアセンサ１０５により受光される。
【０００５】
測定対象物１００の相対位置および受光量に応じてＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面を構成する各画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Ｘにおいて一端部ｅ１の画素から他端部ｅ２の画素まで受光量を示す受光信号として順に読み出される。
【０００６】
図７に実線で示すように、測定対象物１００が測定範囲Ｌ内において光学式変位計のヘッド部１１０に近い位置にある場合には、測定対象物１００からの反射光によりＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の他端部ｅ２に近い位置に光スポットが形成される。それにより、図８（ａ）に示すように、ＣＣＤリニアセンサ１０５から出力される受光信号のピークが時間軸上で位置ｔ１に現れる。
【０００７】
図７に破線で示すように、測定対象物１００が測定範囲Ｌ内において光学式変位計のヘッド部１１０から遠い位置にある場合には、測定対象物１００からの反射光によりＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の一端部ｅ１に近い位置に光スポットが形成される。それにより、図８（ｂ）に示すように、ＣＣＤリニアセンサ１０５から出力される受光信号のピークが時間軸上の位置ｔ２に現れる。
【０００８】
このように、測定対象物１００の位置に応じて受光信号においてピークの現れる位置が異なる。したがって、受光信号のピークの位置を検出することによりヘッド部１１０と測定対象物１００との相対距離（変位）を求めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の光学式変位計においては、図９に示すように、測定対象物１００上に反射率の高い障害物１００ａが存在すると、レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光が障害物１００ａで乱反射する。それにより、測定対象物１００からの反射光Ｌ１および障害物１００ａからの反射光Ｌ２がＣＣＤリニアセンサ１０５に入射し、受光面上にそれぞれ光スポットを形成する。そのため、ＣＣＤリニアセンサ１０５から出力される受光信号には、図１０に示すように、測定対象物１００からの反射光Ｌ１によるピークｐ１および障害物１００ａからの反射光Ｌ２によるピークｐ２が現れる。
【００１０】
障害物１００ａは必ず測定対象物１００よりもヘッド部１１０に近い側にあるため、ＣＣＤリニアセンサ１０５の一端部ｅ１の画素から他端部ｅ２の画素まで走査方向Ｘに読み出しを行うと、受光信号において常に測定対象物１００からの反射光Ｌ１によるピークが最初に現れる。したがって、受光信号において１番目に現れたピークの位置を求める処理によりヘッド部１１０と測定対象物１００との相対距離（変位）を求めることができる。
【００１１】
しかしながら、図１１に示すように、測定対象物１００が透明な材料により形成されている場合には、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ３および裏面からの反射光Ｌ４がＣＣＤリニアセンサ１０５に入射する。この場合、ＣＣＤリニアセンサ１０５の受光面の一端部ｅ１に近い位置に測定対象物１００の裏面からの反射光Ｌ４による光スポットが形成され、他端部ｅ２に近い位置に測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ３による光スポットが形成される。
【００１２】
それにより、図１２に示すように、受光信号において時間軸上で測定対象物１００の裏面からの反射光Ｌ４によるピークｐ４が１番目に現れ、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ３によるピークｐ３が２番目に現れる。そのため、上記のように、受光信号において１番目に現れるピークの位置を求める処理によると、測定対象物１００の表面の変位を求めることはできない。
【００１３】
ＣＣＤリニアセンサ１０５から受光信号を読み出すための走査方向Ｘを逆にすることはできないため、透明の測定対象物１００の表面の変位を測定する場合には、図７のヘッド部１１０とは別に、ＣＣＤリニアセンサ１０５を１８０度回転させて取り付けたヘッド部を用意する必要がある。すなわち、１台のヘッド部により不透明の測定対象物および透明の測定対象物の両方を測定することができない。
【００１４】
本発明の目的は、光を透過する測定対象物および光を透過しない測定対象物の両方の距離または変位を測定することができる光学式変位計を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る光学式変位計は、測定対象物との距離または該測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を照射する光源と、列状に配列された複数の画素を有し、測定対象物からの反射光を受光して各画素での受光量を一端部の画素から他端部の画素まで順に受光信号として読み出すイメージセンサと、測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードを設定する動作モード設定手段と、動作モード設定手段により設定された動作モードを判別する動作モード判別手段と、所定レベル以上のイメージセンサから読み出される受光信号をピークとして認識するピーク認識手段と、動作モード判別手段により判別された動作モードに基づいて、ピーク認識手段によって認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークを選択するピーク選択手段と、ピーク選択手段によって選択されたピークのイメージセンサにおける位置を求めるピーク位置検出手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明に係る光学式変位計においては、光源からの光が測定対象物に照射され、測定対象物からの反射光がイメージセンサにより受光され、イメージセンサの受光面に光スポットが形成される。イメージセンサの一端部の画素から他端部の画素まで各画素での受光量が受光信号として順に読み出される。
【００１７】
そして、イメージセンサから読み出される所定レベル以上の受光信号がピークとして認識される。また、測定対象物に応じた変位測定を実施するための動作モードが設定され、設定された動作モードが判別される。認識されたピークが複数の場合、判別された動作モードに基づいて、認識された複数のピークの中から位置検出を行うピークが選択され、選択されたピークのイメージセンサにおける位置が求められる。
【００１８】
したがって、測定対象物が光を透過するか否かに応じて動作モードの設定により選択すべきピークを予め設定することにより、光を透過する測定対象物および光を透過しない測定対象物の両方の変位を測定することが可能となる。
【００１９】
第２の発明に係る光学式変位計は、第１の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、イメージセンサに対して近接する位置に存在する測定対象物の第１測定位置ならびに、該第１測定位置よりもイメージセンサに対し離れた位置にある測定対象物の第２測定位置の各々からの反射光を受光するとともに、第２測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるように配設されるものである。
【００２０】
この場合、イメージセンサに対して近接する第１測定位置およびイメージセンサに対して離れた第２測定位置の各々からの反射光が受光されるとともに第２測定位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるようにイメージセンサが配置される。したがって、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部に１番目に近い位置に結像された反射光によるピークを選択することにより第２測定位置を検出することができ、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部から２番目に近い位置に結像された反射光によるピークを選択することにより測定対象物の第１測定位置を検出することができる。
【００２１】
第３の発明に係る光学式変位計は、第１の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサの測定領域において、読み出し開始側が読み出し終了側よりも相対的に遠い位置に存在する測定対象物からの反射光を受けることができるものである。
【００２２】
この場合、イメージセンサに対して離れた位置からの反射光がイメージセンサの測定領域において読み出し開始側に結像され、イメージセンサに対して近接する位置からの反射光がイメージセンサの測定領域において読み出し終了側に結像される。したがって、動作モードの設定によりイメージセンサの測定領域において読み出し開始側に結像された反射光によるピークを選択することによりイメージセンサに対して相対的に遠い位置に存在する測定対象物の位置を検出することができ、動作モードの設定によりイメージセンサの測定領域において読み出し終了側に結像された反射光によるピークを選択することによりイメージセンサに対して相対的に近い位置に存在する測定対象物の位置を検出することができる。
【００２３】
第４の発明に係る光学式変位計は、第２の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側の一端部から２番目の、第１測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【００２４】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側の一端部から２番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の表面の位置を検出することができる。
【００２５】
第５の発明に係る光学式変位計は、第２の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側の一端部から１番目の、第２測定位置からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【００２６】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側の一端部から１番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の裏面の位置を検出することができる。
【００２７】
第６の発明に係る光学式変位計は、第３の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側から２番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【００２８】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側から２番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の表面の位置を検出することができる。
【００２９】
第７の発明に係る光学式変位計は、第３の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、透過性を有する測定対象物からの反射光を受光するとともに、動作モードは、読み出し開始側から１番目の、測定対象物からの反射によって生成されるピークを選択するための動作モードを含むものである。
【００３０】
この場合、動作モードの設定によりイメージセンサの読み出し開始側から１番目のピークを選択することにより、透過性を有する測定対象物の裏面の位置を検出することができる。
【００３１】
第８の発明に係る光学式変位計は、第１の発明に係る光学式変位計の構成において、イメージセンサは、複数箇所からの反射光を受光する際、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が、読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるように配設され、所定の位置に設けられる非透過性の測定対象物の計測において、ピーク選択手段は、読み出し開始側の一端部から１番目のピークを選択するための動作モードを含むものである。
【００３２】
この場合、測定対象物の複数箇所からの反射光が受光される際には、イメージセンサから最も離れた位置からの反射光が読み出し開始側の一端部に近い位置に結像されるようにイメージセンサが配設される。非透過性の測定対象物の計測においては、動作モードの設定により読み出し開始側の一端部から１番目のピークが選択される。それにより、複数の反射光が得られる測定対象物および非透過性の測定対象物の両方の距離または変位を共通の光学式変位計により測定することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図１の光学式変位計はヘッド部１および本体部２により構成される。ヘッド部１は、レーザダイオード１１、駆動回路１２、ＣＣＤ１次元イメージセンサ（以下、ＣＣＤリニアセンサと呼ぶ）１３、ＣＣＤ制御回路１４、増幅回路１５、投光レンズ１６および受光レンズ１７を含む。
【００３５】
一方、本体部２は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）・増幅回路２１、ピークホールド回路２２、マイクロコンピュータ２３およびＤ／Ａ変換器（デジタル／アナログ変換器）２５を含む。マイクロコンピュータ２３は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）２４を内蔵する。また、本体部２は、ＡＧＣ（自動利得制御）増幅器２６、ピークホールド回路２７、減算器２８、誤差積分回路２９および基準電圧発生回路３０を含む。さらに、本体部２は、クロック発生回路３３、電源回路３４およびモード設定スイッチ３５を含む。
【００３６】
マイクロコンピュータ２３は、レーザダイオード１１の点灯時間を制御するレーザダイオード駆動パルス信号ＬＤを発生する。駆動回路１２は、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤに応答してレーザダイオード１１を駆動する。この駆動回路１２は、例えば、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤの活性期間（例えばハイレベルの期間）にレーザダイオード１１に電流を供給する。したがって、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのパルス幅に応じてレーザダイオード１１の点灯時間が制御される。
【００３７】
レーザダイオード１１から出射された光は投光レンズ１６を通して測定対象物１００に照射される。測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１が受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３により受光される。測定対象物１００が透明な材料により形成されている場合には、測定対象物１００の裏面からの反射光Ｌ１２も受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３により受光される。
【００３８】
測定対象物１００の相対位置および受光量に応じてＣＣＤリニアセンサ１３の受光面を構成する各画素に電荷が蓄積され、各画素の電荷が走査方向Ｘにおいて一端部Ｅ１の画素から他端部Ｅ２の画素まで受光量を示す受光信号として順に読み出される。
【００３９】
ＣＣＤリニアセンサ１３から出力される受光信号は増幅回路１５により増幅され、増幅された受光信号ＬＳ０が本体部２のＬＰＦ・増幅回路２１に出力される。ＣＣＤ制御回路１４は、クロック発生回路３３により発生されるクロック信号ＣＫに同期してＣＣＤリニアセンサ１３の動作を制御する。
【００４０】
ＬＰＦ・増幅回路２１は、増幅回路１５から出力された受光信号ＬＳ０の高周波成分を除去するとともにその受光信号ＬＳ０を増幅し、受光信号ＬＳ１として出力する。
【００４１】
ＡＧＣ増幅器２６は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力された受光信号ＬＳ１を増幅し、受光信号ＬＳ２として出力する。Ａ／Ｄ変換器３１は、ＡＧＣ増幅器２６から出力された受光信号ＬＳ２をアナログ／デジタル変換し、受光データＤ０を出力する。デジタル処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力された受光データＤ０のうちある一定のしきい値以上のデータをピークデータＤ１として出力する。マイクロコンピュータ２３は、デジタル処理回路３２から出力されたピークデータＤ１に基づいてピークの位置を検出する。
【００４２】
マイクロコンピュータ２３により検出されたピークの位置のデータは変位の測定結果としてＤ／Ａ変換器２５に出力される。Ｄ／Ａ変換器２５はピークの位置のデータをアナログ信号に変換し、測定結果として外部または表示部（図示せず）に出力する。
【００４３】
モード設定スイッチ３５は、ユーザが光学式変位計の動作モードを設定するために用いられる。本実施例の光学式変位計は、動作モードとして不透明の測定対象物を測定するためのノーマルモードおよび透明の測定対象物を測定するための表面反射モードを有する。
【００４４】
マイクロコンピュータ２３は、モード設定スイッチ３５により設定された動作モードを示すモード設定信号ＭＤをデジタル処理回路３２に与える。デジタル処理回路３２は、モード設定信号ＭＤがノーマルモードを示すときに１番目のピークを選択し、モード設定信号ＭＤが表面反射モードを示すときに２番目のピークを選択する。また、デジタル処理回路３２は、マイクロコンピュータ２３から与えられるモード設定信号ＭＤに基づいてピークホールド回路２２，２７にリセット信号ＲＳおよびサンプルホールド信号ＳＨを出力する。
【００４５】
本体部２において、ＬＰＦ・増幅回路２１、ピークホールド回路２２、マイクロコンピュータ２３およびＡ／Ｄ変換器２４がデューティサイクル制御ループを構成する。このデューティサイクル制御ループは、受光信号ＬＳ０のピーク電圧が所定のレベルになるようにレーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのデューティサイクルをフィードバック制御する。
【００４６】
ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１のピーク電圧を保持するとともにサンプルホールド信号ＳＨに応答してサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ１として出力する。Ａ／Ｄ変換器２４は、ピークホールド回路２２から出力されるピークホールド電圧Ｖｐ１をデジタルデータに変換する。
【００４７】
マイクロコンピュータ２３は、ピークホールド電圧Ｖｐ１のデジタルデータとマイクロコンピュータ２３内部に予め設定されたデジタルデータとを比較し、両者が等しくなるようにレーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのデューティサイクルを制御する。ここで、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのデューティサイクルは、レーザダイオード駆動パルス信号ＬＤのパルス幅を周期で割った値である。
【００４８】
また、ＬＰＦ・増幅回路２１、ＡＧＣ増幅器２６、ピークホールド回路２７、減算器２８、誤差積分回路２９および基準電圧発生回路３０がＡＧＣ（自動利得制御）ループを構成する。このＡＧＣループは、ＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２のピーク電圧が所定のレベルになるようにＡＧＣ増幅器２６の利得（増幅率）をフィードバック制御する。
【００４９】
ＡＧＣ増幅器２６は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力された受光信号ＬＳ１を増幅する。ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２６から出力された受光信号ＬＳ２のピーク電圧を保持するとともにサンプルホールド信号ＳＨに応答してサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ２として出力する。一方、基準電圧発生回路３０は、所定の基準電圧Ｖｒを発生する。
【００５０】
減算器２８は、基準電圧Ｖｒとピークホールド電圧Ｖｐ２との差を誤差信号として出力する。誤差積分回路２９は、誤差信号を積分し、積分された誤差信号を制御電圧としてＡＧＣ増幅器２６に与える。これにより、制御電圧に基づいてＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２のピーク電圧が基準電圧Ｖｒと等しくなるように、ＡＧＣ増幅器２６の利得が制御される。
【００５１】
このように、デューティサイクル制御ループとは独立にＡＧＣループが構成されているので、デューティサイクル制御ループのデューティ比の制御およびＡＧＣループにおけるＡＧＣ増幅器２６の利得の制御が単純かつ容易となり、安定した測定が可能となる。
【００５２】
本実施例では、レーザダイオード１１が光源に相当し、ＣＣＤリニアセンサ１３がイメージセンサに相当する。また、モード設定スイッチ３５が動作モード設定手段に相当し、デジタル処理回路３２がモード判別手段、ピーク認識手段およびピーク選択手段に相当し、マイクロコンピュータ２３がピーク位置検出手段に相当する。
【００５３】
図２は図１の光学式変位計におけるノーマルモード時の動作を示す信号波形図、図３は図１の光学式変位計における表面反射モード時の動作を示す信号波形図である。
【００５４】
図１の測定対象物１００が不透明の場合には、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１が受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射し、受光面上に光スポットを形成する。それにより、図２に示すように、増幅回路１５から出力される受光信号ＬＳ０において測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１による１番目のピークＰＫ１が現れる。
【００５５】
このとき、図９に示したように、測定対象物１００上に反射率の高い障害物が存在する場合には、障害物からの反射光も受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射し、受光面上に光スポットを形成する。それにより、図２に示すように、増幅回路１５から出力される受光信号ＬＳ０において障害物からの反射光による２番目のピークＰＫ２が現れる。
【００５６】
同様に、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１およびＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２にも２つのピークが現れる。それにより、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０において１番目のピークｐｋ１および２番目のピークｐｋ２が現れる。
【００５７】
デジタル処理回路３２は、受光データＤ０において１番目のピークｐｋ１を選択し、選択されたピークｐｋ１のデータのうち所定のしきい値Ｔｈよりも大きい値を有するデータを抽出し、ピークデータＤ１として出力する。具体的には、デジタル処理回路３２は、受光データＤ０の選択された１番目のピークｐｋ１のデータからしきい値Ｔｈを減算し、０よりも大きいデータのみをピークデータＤ１とする。マイクロコンピュータ２３は、デジタル処理回路３２から出力されるピークデータＤ１の重心の位置Ｐ１を算出する。
【００５８】
ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において１番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持する。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２において１番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。
【００５９】
この場合、デジタル処理回路３２から出力されるリセット信号ＲＳは、ローレベルのまま変化しない。デジタル処理回路３２からピークホールド回路２２，２７に与えられるサンプルホールド信号ＳＨは、１番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上がる。それにより、ピークホールド回路２２，２７は、１番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧ＶＰ１，ＶＰ２をサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２として出力し続ける。
【００６０】
図１の測定対象物１００が透明の場合には、測定対象物１００の表面からの反射光Ｌ１１および裏面からの反射光Ｌ１２が受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射し、受光面上にそれぞれ光スポットを形成する。それにより、図３に示すように、増幅回路１５から出力される受光信号ＬＳ０において測定対象物１００の裏面からの反射光Ｌ１２による１番目のピークＰＫ３および表面からの反射光Ｌ１１による２番目のピークＰＫ４が順に現れる。
【００６１】
同様に、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１およびＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２にも２つのピークが現れる。それにより、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０において１番目のピークｐｋ３および２番目のピークｐｋ４が現れる。
【００６２】
デジタル処理回路３２は、受光データＤ０において２番目のピークｐｋ４を選択し、選択されたピークｐｋ４のデータのうち所定のしきい値Ｔｈよりも大きい値を有するデータを抽出し、ピークデータＤ１として出力する。具体的には、デジタル処理回路３２は、受光データＤ０の選択された２番目のピークｐｋ４のデータからしきい値Ｔｈを減算し、０よりも大きいデータのみをピークデータＤ１とする。マイクロコンピュータ２３は、デジタル処理回路３２から出力されるピークデータＤ１の重心の位置Ｐ２を算出する。
【００６３】
ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において１番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持する。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２において１番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。
【００６４】
その後、デジタル処理回路３２から出力されるリセット信号ＲＳが、ローレベルからハイレベルに変化する。リセット信号ＲＳの立ち上がりに応答してピークホールド回路２２，２７がリセットされ、ピークホールド回路２２，２７の保持電圧ＶＰ１，ＶＰ２が０となる。そして、ピークホールド回路２２は、ＬＰＦ・増幅回路２１から出力される受光信号ＬＳ１において２番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ１として保持する。また、ピークホールド回路２７は、ＡＧＣ増幅器２６から出力される受光信号ＬＳ２において２番目のピークの最大の電圧を保持電圧ＶＰ２として保持する。この場合、デジタル処理回路３２からピークホールド回路２２，２７に与えられるサンプルホールド信号ＳＨは、２番目のピークが検出された直後にハイレベルに立ち上がる。それにより、ピークホールド回路２２，２７は、２番目のピークの最大の電圧に相当する保持電圧ＶＰ１，ＶＰ２をサンプルホールドしてピークホールド電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２として出力する。
【００６５】
図４は図１のデジタル処理回路３２の動作を示すフローチャートである。
デジタル処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０において１番目のピークを検出する（ステップＳ１）。受光データＤ０において１番目のピークが検出された場合には、デジタル処理回路３２はモード設定信号ＭＤに基づいて動作モードが表面反射モードに設定されているか否かを判別する（ステップＳ２）。
【００６６】
動作モードが表面反射モードに設定されている場合には、デジタル処理回路３２はハイレベルのリセット信号ＲＳをピークホールド回路２２，２７に出力する（ステップＳ３）。それにより、ピークホールド回路２２，２７がリセットされる。
【００６７】
その後、デジタル処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０において２番目のピークを検出する（ステップＳ４）。受光データＤ０において２番目のピークが検出された場合には、デジタル処理回路３２は２番目のピークを選択し、そのピークに対応するピークデータＤ１をマイクロコンピュータ２３に出力する（ステップＳ５）。それにより、マイクロコンピュータ２３は、２番目のピークの位置を算出し、その算出結果をＤ／Ａ変換器２５を通して外部または表示部に出力する。
【００６８】
一方、ステップＳ２において、動作モードがノーマルモードに設定されている場合には、デジタル処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される受光データＤ０において１番目のピークを選択し、選択されたピークに対応するピークデータＤ１をマイクロコンピュータ２３に出力する（ステップＳ６）。それにより、マイクロコンピュータ２３は、１番目のピークの位置を算出し、その算出結果をＤ／Ａ変換器２５を通して外部または表示部に出力する。
【００６９】
なお、ステップＳ１において所定時間内に１番目のピークが検出されなかった場合、およびステップＳ４において所定時間内に２番目のピークが検出されなかった場合には、デジタル処理回路３２はエラー信号をマイクロコンピュータ２３に出力する（ステップＳ７）。それにより、マイクロコンピュータ２３は、エラー信号をＤ／Ａ変換器２５を通して外部または表示部に出力する。
【００７０】
上記のように、本実施例の光学式変位計においては、動作モードの設定を変更することにより、透明の測定対象物および不透明の測定対象物の両方の変位を共通のヘッド部１を用いて測定することができる。したがって、共通のヘッド部１を用いて測定可能な測定対象物の範囲が広がる。また、ヘッド部１の組み立て作業において、２種類のヘッド部１を組み立てる必要がなくなるので、作業時間が大幅に短縮される。
【００７１】
なお、上記実施例の光学式変位計はノーマルモードおよび表面反射モードの２つの動作モードを有しているが、光学式変位計が３つ以上の動作モードを有してもよい。
【００７２】
例えば、図５に示すように、測定対象物１００がガラス板等の２つの透明体１００Ａ，１００Ｂの積層構造からなる場合には、透明体１００Ｂの表面からの反射光Ｌ１１、透明体１００Ｂの裏面からの反射光Ｌ１２および透明体１００Ａの裏面からの反射光Ｌ１３が受光レンズ１７を通してＣＣＤリニアセンサ１３に入射し、受光面上に３つの光スポットを形成する。
【００７３】
それにより、図６に示すように、受光信号において透明体１００Ａの裏面からの反射光Ｌ１３による１番目のピークＰＫ１３、透明体１００Ｂの裏面からの反射光Ｌ１２による２番目のピークＰＫ１２および透明体１００Ｂの表面からの反射光Ｌ１１による３番目のピークＰＫ１１が現れる。
【００７４】
このような場合には、図１のモード設定スイッチ３５により１番目のピークＰＫ１３を選択する第１の動作モード、２番目のピークＰＫ１２を選択する第２の動作モードおよび３番目のピークＰＫ１１を選択する第３の動作モードを設定可能とすることにより、透明体１００Ａの裏面、透明体１００Ｂの裏面および透明体１００Ｂの表面の変位を１つのヘッド部１により測定することが可能となる。同様に、受光信号において４つ以上のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれかを選択する４つ以上の動作モードを設定可能とすることもできる。
【００７５】
なお、上記実施例では、ヘッド部１に対して遠い位置からの反射光による受光信号のピークから順に読み出されるようにＣＣＤリニアセンサ１３が配置されているが、複数の位置からの反射光による受光信号のピークとＣＣＤリニアセンサ１３からのピークの読み出し順序との関係はこれに限定されず、受光信号において複数のピークが現れる場合にそれらのピークのいずれかを選択する複数の動作モードを設定可能に構成することができる。例えば、ヘッド部１に対して近い位置からの反射光による受光信号のピークから順に読み出されるようにＣＣＤリニアセンサ１３を配置してもよい。
【００７６】
上記実施例においては、光源としてレーザダイオード１１が用いられているが、光源として発光ダイオード等の他の発光素子を用いてもよい。さらに、上記実施例では、イメージセンサとしてＣＣＤ１次元イメージセンサ１３が用いられているが、イメージセンサとしてＣＣＤ２次元イメージセンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式変位計におけるノーマルモード時の動作を示す信号波形図である。
【図３】図１の光学式変位計における表面反射モード時の動作を示す信号波形図である。
【図４】図１の光学式変位計のデジタル処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図５】３つの動作モードを有する光学式変位計を説明するための図である。
【図６】３つの動作モードを有する光学式変位計における受光信号を示す図である。
【図７】従来の光学式変位計のヘッド部の主要部の構成を示す図である。
【図８】図７の光学式変位計における受光信号を示す図である。
【図９】図７の光学式変位計による障害物を有する測定対象物の測定を示す図である。
【図１０】図７の光学式変位計により障害物を有する測定対象物を測定した場合の受光信号を示す図である。
【図１１】図７の光学式変位計による透明の測定対象物の測定を示す図である。
【図１２】図７の光学式変位計により透明の測定対象物を測定した場合の受光信号を示す図である。
【符号の説明】
１  ヘッド部
２  本体部
１１  レーザダイオード
１２  駆動回路
１３  ＣＣＤリニアセンサ
２１  ＬＰＦ・増幅回路
２２，２７  ピークホールド回路
２３  マイクロコンピュータ
２４，３１  Ａ／Ｄ変換器
２６  ＡＧＣ増幅器
３２  デジタル処理回路
３５  モード設定スイッチ
１００  測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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