(57)【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処理部において対象物までの距離を求める光学式変位測定装置を複数台用いる光学式変位測定システムであって、ビーム光を上記周期で適宜回数だけ対象物に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離測定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調制御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制御入力を受けると距離測定の動作を開始させる変調制御回路をそれぞれ備える複数台の光学式変位測定装置を相互に干渉する２群に分け、各群を構成する光学式変位測定装置の変調制御入力同士および変調制御出力同士をそれぞれ共通接続し、各群間で変調制御出力を互いに他群の変調制御入力とすることを特徴とする光学式変位測定システム。
【請求項２】
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処理部において対象物までの距離を求める光学式変位測定装置を複数台用いる光学式変位測定システムであって、ビーム光を上記周期で適宜回数だけ対象物に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離測定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調制御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制御入力を受けると変調制御入力の立ち上がりと立ち下がりとの一方で距離測定の動作を開始させる変調制御回路をそれぞれ備える複数台の光学式変位測定装置が各変調制御出力を他の変調制御入力とするように順にリング状に接続されることを特徴とする光学式変位測定システム。
【請求項３】
外部から変調制御入力により距離測定の動作開始が指示されるとビーム光の出射を開始し、動作開始から動作が安定する程度の所定時間が経過した後に位置検出素子の出力を用いて距離を求める光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項４】
距離測定の動作開始が指示されてから動作を停止するまでのビーム光の出射回数を、動作開始直後の動作が不安定である期間における距離測定の誤差が平均値では無視できる回数になるように設定する光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項５】
位置検出素子と処理部との間にスイッチ要素を挿入し、スイッチ要素は外部からの変調制御入力によって距離測定の動作が停止している間には位置検出素子の出力を処理部に入力しないように設定される光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項６】
変調制御回路は、変調制御出力として２段階の電圧のいずれかを出力するように構成され、かつ変調制御入力に対して上記２段階の電圧の間ではない第１の閾値と、上記２段階の電圧の間である第２の閾値とが設定され、変調制御入力が第１の閾値に対して上記２段階の電圧側であるときに第２の閾値と変調制御入力との大小関係に応じて距離測定の動作の停止と再開とを決定し、外部からの変調制御入力がなければ第１の閾値に対して上記２段階の電圧とは反対側の電圧を変調制御入力として設定して距離測定の動作を停止させることなく継続させる光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項７】
位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するフィードバック制御回路を処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項８】
位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項９】
位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するとともに、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項１０】
位置検出素子として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ものを用い、各位置信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項１１】
位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項１２】
位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項１３】
位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び他方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【請求項１４】
位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び一方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式変位測定システム。
【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を用いた光学式変位測定システム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に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２２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（あるいは対象物３の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２１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を通った周波数ｆＡの駆動信号により駆動され、正弦波状に光出力が変化するように変調されたレーザ光を出力する。
位置検出素子２１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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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、（Ｉ１Ａ−Ｉ２Ａ）／（Ｉ１Ａ＋Ｉ２Ａ）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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａは、それぞれＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂにより電圧信号に変換され、さらに電圧信号がそれぞれ増幅器２４ａ、２４ｂにより増幅された後、検波回路２５ａ、２５ｂで同期検波されることにより信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａのみが抽出される。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Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａ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ローパスフィルタ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Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを求める。
【０００５】
この位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値に比例した信号値を有する電圧信号であるから、演算部２７において（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）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、（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）を求める差演算部２７ａと、（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）を求める和演算部２７ｂと、差演算部２７ａ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（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）は、位置検出素子２１の全電流（Ｉ１Ａ＋Ｉ２Ａ）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より出力される値に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。
【０００６】
ところで、対象物３の厚みを測定するために、２台の光学式変位測定装置（以下では変位センサと略称する）１Ａ、１Ｂを互いに対向するように配置し、対象物３の両面までの距離を測定する技術が提案されている。つまり、２台の変位センサ１Ａ、１Ｂを、光ビームが一直線上で互いに逆向きに形成されるように配置し、各変位センサ１Ａ、１Ｂでの測定値を両者間の距離から減算することで対象物３の厚みを得るのである。実際には、厚みが既知である基準ゲージについて各変位センサ１Ａ、１Ｂを用いて測定した結果の加算値に基準ゲージの厚みを加算した値を補正定数α（つまり２台の変位センサ１Ａ、１Ｂの実質的な距離に相当する）とし、測定対象となる対象物３について各変位センサ１Ａ、１Ｂで測定した距離ＬＡ、ＬＢの和を上記補正定数αから減算することにより（つまり、α−（ＬＡ＋ＬＢ））、対象物３の厚みを求めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように２台の変位センサ１Ａ、１Ｂを用いて対象物３の厚みを測定する際に、対象物３が非透光性であれば各変位センサ１Ａ、１Ｂの測定は独立に行なわれることになるから何ら問題を生じないが、対象物３が透光性を有する場合には両変位センサ１Ａ、１Ｂが干渉して厚みを精度よく測定することができなくなる。たとえば、対象物３が紙やセラミックなどであるときにはビーム光が対象物３の内部まで到達するから、厚みが小さいときにはビーム光の一部が裏面側に漏れることになり、互いに他方の変位センサ１Ａ、１Ｂで受光されることになる。ここで、ビーム光は上述したように変調されているものであって、両者には位相差があるのが普通であり、しかも２台の変位センサ１Ａ、１Ｂの特性を完全に一致させることは困難であるから、ビーム光を変調している周波数ｆＡ、ｆＢにもずれがあるのが普通である。したがって、各変位センサ１Ａ、１Ｂで受光する光の強度は、図３０に示すように、周波数ｆＡ、ｆＢの差に相当するビート周波数で時間変化することになる。また、この時間変化の振幅は反射光と透過光との比率に応じて変化する。周波数ｆＡ、ｆＢの差を生じる原因は様々であり、回路定数のバラツキや温度特性のバラツキなどによっても生じるから、受光する光の振幅や周波数は一意に決定することができないものである。
【０００８】
したがって、このようなビート成分を除去することは困難であって、演算部２７への入力にもビート成分が含まれることになる。つまり、演算部２７に入力される位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａ（変位センサ１ＢではＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂになる）は、ビート周波数で振幅が変化しているから、距離を求める際の分母（（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）、（Ｖ１Ｂ−Ｖ２Ｂ））が変動することになり、結果的に測定精度ないし分解能がつねに時間変化することになる。
【０００９】
ここにおいて、理想的には受光量が変動しても求めた距離は一致することになるが、実際には位置検出素子２１から演算部２７までの処理には非線形な部分が含まれるから、受光光量の時間変化の振幅が大きいと求めた距離が変動することになる。また、場合によっては構成回路のいずれかが飽和する場合もあり、距離測定ができなくなったり、大きな誤差が生じたりすることになる。
【００１０】
上述の例は対象物３の厚みを測定する場合について２台の変位センサ１Ａ、１Ｂのビーム光が干渉する場合について説明したが、変位センサ１Ａ、１Ｂが複数台設けられ、光ビームが互いに干渉するような配置、たとえば、変位センサ１Ａ、１Ｂを並設していて、位置検出素子２１の視野内に投光スポットが形成されるような位置関係であるときにも干渉する可能性がある。
【００１１】
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、複数台の光学式変位測定装置が互いに干渉しないようにした光学式変位測定システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明及び請求項２の発明は、それぞれ、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処理部において対象物までの距離を求める光学式変位測定装置を複数台用いる光学式変位測定システムであって、ビーム光を上記周期で適宜回数だけ対象物に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離測定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調制御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制御入力を受けると距離測定の動作を開始させる変調制御回路を各光学式変位測定装置に備え、請求項１の発明は、複数台の光学式変位測定装置を相互に干渉する２群に分け、各群を構成する光学式変位測定装置の変調制御入力同士および変調制御出力同士をそれぞれ共通接続し、各群間で変調制御出力を互いに他群の変調制御入力とするものであり、請求項２の発明は、それぞれ外部からの変調制御入力の立ち上がりと立ち下がりとの一方で距離測定の動作を開始させるように変調制御回路が構成された複数台の光学式変位測定装置が各変調制御出力を他の変調制御入力とするように順にリング状に接続されるものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、外部から変調制御入力により距離測定の動作開始が指示されるとビーム光の出射を開始し、動作開始から動作が安定する程度の所定時間が経過した後に位置検出素子の出力を用いて距離を求める光学式変位測定装置を用いるものである。
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、距離測定の動作開始が指示されてから動作を停止するまでのビーム光の出射回数を、動作開始直後の動作が不安定である期間における距離測定の誤差が平均値では無視できる回数になるように設定する光学式変位測定装置を用いるものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子と処理部との間にスイッチ要素を挿入し、スイッチ要素は外部からの変調制御入力によって距離測定の動作が停止している間には位置検出素子の出力を処理部に入力しないように設定される光学式変位測定装置を用いるものである。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、変調制御回路が、変調制御出力として２段階の電圧のいずれかを出力するように構成され、かつ変調制御入力に対して上記２段階の電圧の間ではない第１の閾値と、上記２段階の電圧の間である第２の閾値とが設定され、変調制御入力が第１の閾値に対して上記２段階の電圧側であるときに第２の閾値と変調制御入力との大小関係に応じて距離測定の動作の停止と再開とを決定し、外部からの変調制御入力がなければ第１の閾値に対して上記２段階の電圧とは反対側の電圧を変調制御入力として設定して距離測定の動作を停止させることなく継続させる光学式変位測定装置を用いるものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するフィードバック制御回路を処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
請求項８の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するとともに、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、各位置信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００２０】
請求項１２の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００２１】
請求項１３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び他方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００２２】
請求項１４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び一方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものである。
【００２３】
【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。本実施形態は対象物３の厚みを測定するために２台の変位センサ１Ａ、１Ｂをビーム光が一直線上かつ逆向きに形成されるように配置したものであって、各変位センサ１Ａ、１Ｂは同じ構成を有する。まず各変位センサ１Ａ、１Ｂの構成について説明する。
【００２４】
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。レーザダイオード１１は発振器１３の出力をＬＤ駆動回路１４に通して得られる周波数ｆＡの駆動信号により駆動される。つまり、従来構成と同様に正弦波状に光出力が変化するように変調されたレーザ光を出力する。
【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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが出力される。両位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値に基づいて対象物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てある。すなわち、位置検出素子２１から出力された位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａはスイッチ回路３１を通して択一的にＩ／Ｖ変換回路２３に入力される。位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａは、実際には、外乱光などにより生じる直流成分を含む正弦波状の信号であるが（つまり、直流成分により中心のずれた正弦波状の信号になる）、以下の説明では直流成分は無視する。受光スポットの位置は、上記正弦波状の信号の振幅の比率に対応する。位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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から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（ｆ），（ｉ）を比較すればわかるように、オン期間が後述するタイミング信号ｔ2 の２倍に設定される。
【００２７】
Ｉ／Ｖ変換回路２３の出力は増幅器２４に入力され、適宜の増幅率で増幅される。増幅器２４の出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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する。この出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａ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Ｖｂ１Ａ，Ｖｂ２Ａが抽出される。
【００２８】
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 （図２（ｆ）参照）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レベルの期間には増幅器２４の出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａをそのまま取り出し、タイミング信号ｔ2 がＬレベルの期間には増幅器２４の出力信号Ｖａ１Ａ，Ｖａ２Ａの極性を反転して取り出す。信号成分Ｖｂ１Ａ，Ｖｂ２Ａ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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対応した脈流波形状の一対の信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａ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Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａはそれぞれローパスフィルタ２６ａ、２６ｂに入力され、直流成分が取り出される。ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂから出力される位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは差演算部２７ａに入力され、差演算部２７ａからは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の差に相当する信号を得ることができる。また、位置情報信号Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａは和演算部２７ｂにも入力され、位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の和に相当する信号が得られる。差演算部２７ａと和演算部２７ｂとから出力される位置情報信号は割算部２７ｃに入力され、差演算部２７ａの出力値が和演算部２７ｂの出力値で除算され、これが対象物３までの距離に相当する信号として外部に取り出される。
【００３０】
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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａをビーム光の変調周期に同期させて交互に時分割的に処理しており、Ｉ／Ｖ変換回路２３、増幅器２４、検波回路２５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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａ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に過渡的な誤差が生じない。
【００３１】
ところで、本発明の特徴は、変位センサ１Ａ、１Ｂに変調制御回路３４を設けた点にある。変調制御回路３４は、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡを受けると（本実施形態ではＶｍｃＩＮＡがＨレベルであると）発振器１３の動作を停止させ、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡがなければ発振器１３を動作させるとともに、変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡを出力する（本実施形態ではＶｍｃＯＵＴＡをＨレベルにする）ように構成されている。また、発振器１３の動作が停止すれば、検波回路２５も動作を停止するようにしてある。
【００３２】
以上の説明は変位センサ１Ａに関するものであるが、変位センサ１Ｂも同様の構成を有しているのであって、互いの変調制御回路３４は一方の変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡが他方の変調制御入力ＶｍｃＩＮＢになるように相互に接続してある。したがって、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂが動作している間には、他方の変位センサ１Ｂ、１Ａはビーム光の発生も検波も行なわないのであって、両変位センサ１Ａ、１Ｂは時分割的に独立して動作することになる。つまり、両変位センサ１Ａ、１Ｂ間において相互に干渉が生じることがなくなるのである。
【００３３】
上記構成の動作タイミングについて図２を用いて説明する。図２（ａ）は変位センサ１Ａの発振器１３の出力ＶｍＡ、図２（ｂ）は変位センサ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡつまり変位センサ１Ｂの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢ、図２（ｃ）は変位センサ１Ｂの発振器１３の出力ＶｍＢ、図２（ｄ）は変位センサ１Ｂの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢつまり変位センサ１Ａの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡである。これらの関係により明らかなように、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂの発振器１３が動作してレーザダイオード１１を発光させている期間には他方の変位センサ１Ｂ、１Ａでは発光が停止されており（図２（ｂ），（ｄ）はＨレベルが動作期間）、両変位センサ１Ａ、１Ｂのレーザダイオード１１が同時に発光することによるビーム光の干渉が防止されている。
【００３４】
また、位置検出素子２１では、両変位センサ１Ａ、１Ｂからの光を受光するから、位置センサ１Ａでは発振器１３の動作が停止している期間であっても図２（ｅ）のように増幅器２４から出力信号Ｖａ１Ａ、Ｖａ２Ａが得られることになるが、検波回路２５では図２（ｆ），（ｇ）のように、変位センサ１Ａの発振器１３が停止している期間には、検波回路２５の動作も停止させることによって（図２（ｇ）のＨレベルは停止期間）、他の変位センサ１Ａ、１Ｂの光によって距離を求めることを防止してある。つまり、変位センサ１Ａの検波回路２５の出力は図２（ｈ）のようになり、変位センサ１Ｂの動作中には検波回路２５の出力が０Ｖになって他方の変位センサ１Ｂの動作の影響を除去することができる。図２（ｉ）はスイッチ回路３２を切り換えるタイミング信号ｔ1 を示し、スイッチ回路３２により図２（ｊ），（ｋ）のように、信号成分Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａが分離されるのである。分離後の処理は従来と同様になる。
【００３５】
以上説明した動作のように、２台の変位センサ１Ａ、１Ｂが交互に動作することによって、相互に干渉することなく距離を測定することができるのである。ここに、本実施形態ではレーザダイオード１１の発光周期の２周期ごとに距離測定を行なう変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えているが、この周期についてとくに制限はない。
【００３６】
なお、従来構成では位置検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対してＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂ、増幅器２４ａ、２４ｂ、検波回路２５ａ、２５ｂを２系統設けていたのに対して、本実施形態では、Ｉ／Ｖ変換回路２３、増幅器２４、検波回路２５を１系統だけ設け、スイッチ回路３１、３２により切り換えている点で変位センサ１Ａ、１Ｂとしての構成が異なる。しかして、本実施形態のように構成することによって、各変位センサ１Ａ、１Ｂでの発振器１３の出力の停止や開始による過渡期間においても位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが同特性で処理されることによって、距離測定に誤差を生じないのである。従来構成において両位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを処理する回路の応答性を揃えることは現状の技術では困難であって、仮に完全な調整や補正を行なったとしても温度変化や経時変化により応答性にずれが生じるから、従来構成を採用すると測定の誤差は避けられないものである。これに対し本実施形態の構成を採用すれば、この種の測定誤差は原理的に発生しないから、測定精度が高くなるのである。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態では、図３に示すように、スイッチ回路３１、３２を異なる切換タイミング信号ｔ1 、ｔ5 を用いて制御しているものである。また、図２と図４とを比較するとわかるように、検波回路２５に与えるタイミング信号ｔ2 、ｔ4 も実施形態１とは異ならせてある。
【００３８】
つまり、実施形態１の構成では、変調制御回路３４において変位センサ１Ａ、１Ｂの動作を切り換えた直後から測定を開始しているから、変位センサ１Ａ、１Ｂの応答性によっては、信号の処理に遅れが生じて波形歪みが発生し、結果的に距離の測定精度に誤差が生じることがある。そこで、本実施形態では、変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、ビーム光や処理回路の動作が安定するまでは距離測定を行なわないようにしているのである。
【００３９】
図示例では、各変位センサ１Ａ、１Ｂが発振器１３の出力ＶｍＡ、ＶｍＢの１周期で動作が安定する例を示してある。つまり、図４（ｆ）のように、変位センサ１Ａ、１Ｂの切換直後には、本来ならば一点鎖線のような波形になるべきところが、実線のような波形になる。そこで、図４（ａ）のようにビーム光の発光を切換直後から行なうとともに、図４（ｇ）のように検波回路２５にタイミング信号ｔ2 を与えるが、図４（ｈ）のように検波回路２５の出力は禁止しておくのである。このような動作に伴ってスイッチ回路３１、３２の切換に用いる切換信号ｔ1 、ｔ5 はそれぞれ図４（ｅ）（ｊ）のようになり、検波回路２５の出力は図４（ｉ）、スイッチ回路３２の出力は図４（ｋ）（ｌ）のようになる。要するに、変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、動作が安定するまでの期間は検波回路２５の出力を取り出さないようにし、それに応じてスイッチ回路３１、３２の切換タイミングも変更した点のみが実施形態１と相違する。
【００４０】
このような構成を採用することによって、動作が安定してから距離の測定することができるようになり、測定精度がより高くなるのである。
（実施形態３）
本実施形態は、図５に示すように、実施形態１の回路構成においてタイミング信号ｔ2 、ｔ4 を変更したものである。すなわち、実施形態１では変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換毎にレーザダイオード１１を２回ずつ発光させているが、本実施形態では６回ずつ発光させるようにしてある。発光回数は６回に限定されるものではなく、複数回の発光による距離の測定値の平均値について、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後における測定値の誤差が無視できる程度になる回数を選択する。しかして、複数回の発光により求めた距離を積分するなどして平均値に相当する値を求めるようにすれば、誤差の割合を低減することができる。
【００４１】
本実施形態は、実施形態２と同様に変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後において測定値に誤差が生じることへの対処技術であるが、実施形態２のように不安定である期間の測定値を捨てる必要がないから、タイミング関係は実施形態２よりも簡素であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの切換を実施形態１では２回の発光毎であったのを、２Ｎ（Ｎは２以上）回の発光毎に変更しているだけである。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００４２】
（実施形態４）
実施形態１におけるスイッチ回路３１は、Ｉ／Ｖ変換回路２３に対して位置検出素子２１から出力される２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａのどちらかを必ず入力するものであったが、図６に示すように、本実施形態ではＩ／Ｖ変換回路２３に対して２つの位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａのどちらも入力しない状態を持つスイッチ回路３１′を用いた点が相違する。要するに、実施形態１では相手側の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作期間中には検波回路２５の出力を停止させていたが、本実施形態では同期間中に位置検出素子２１からＩ／Ｖ変換回路２３への入力を禁止するように構成してある。つまり、図７に示すように、切換信号ｔ1 だけではなく、タイミング信号ｔ4 を合わせて用いることによって、３位置をとるスイッチ回路３１’を制御するものである。
【００４３】
この構成によれば、位置検出素子２１が通常受光する光量よりも大幅に光量の大きい外乱光を受光したとしてもＩ／Ｖ変換回路２３に入射するのを防止することができる。つまり、位置検出素子２１の出力が異常に大きいときには、Ｉ／Ｖ変換回路２３、増幅器２４が飽和したり飽和しないまでも線形領域で使用できなくなり、結果的に検波回路２５の出力に波形歪みが生じることになるが、本実施形態では他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作期間中には外乱光による位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ１ＢをＩ／Ｖ変換回路２３に入力していないから、上述のような事態を回避できる可能性が高くなる。その結果、測定結果の信頼性が高くなる。この構成は、他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの光出力が大きい場合にとくに有効である。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００４４】
（実施形態５）
図８に本実施形態の構成を示す。この変位センサ１Ａ、１Ｂの構成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６８０号に図１として示したものと同様に動作するものである。まず、変位センサ１Ａの動作について簡単に説明する。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Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａは、それぞれＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂにより電圧信号Ｖａ１Ａ、Ｖａ２Ａに変換され、演算回路２９に入力される。演算回路２９では、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａが求められ、スイッチ回路３１に入力され、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａはスイッチ回路３１を通して択一的に増幅器２４に入力され、適宜の増幅率で増幅される。Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａのうちどちらを増幅器２４に入力するかは、タイミング回路２８から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９（ｆ），（ｉ）を比較すればわかるように、オン期間が後述するタイミング信号ｔ2 の２倍に設定される。
【００４５】
増幅器２４の出力信号は検波回路２５により同期検波され、信号成分（Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ），（Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａ）が抽出される。
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 （図９（ｆ）参照）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レベルの期間には増幅器２４の出力信号をそのまま取り出し、タイミング信号ｔ2 がＬレベルの期間には増幅器２４の出力信号の極性を反転して取り出す。信号成分（Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ），（Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａ）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、Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａに対応した脈流波形状の一対の信号成分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａに分離される。
【００４６】
スイッチ回路３２により分離された信号成分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａはそれぞれローパスフィルタ２６ａ、２６ｂに入力され、直流成分が取り出される。ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂからは信号Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａが出力される。ここに、Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の差に相当する信号であり、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａは位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａの信号値の和に相当する信号である。ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂから出力される信号Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａは割算部２７ｃに入力され、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋Ｖ２Ａ）の除算が行われ、この結果が対象物３までの距離に相当する信号として外部に取り出される。
【００４７】
上述した構成の変位センサ１Ａでは、位置検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対応する電圧信号Ｖａ１ａ、Ｖａ２Ａの減算をスイッチ回路３１の前段に設けた演算回路２９にて行っているので、位置検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに同相ノイズが存在するような場合でも、演算回路２９においてこの同相ノイズを除去することができ、従来よりも測距誤差が小さくなり、同相ノイズの影響による分解能の低下を防ぐことができるのである。
【００４８】
ところで、本実施形態においても、実施形態１と同様に、変調制御回路３４は、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡを受けると（本実施形態ではＶｍｃＩＮＡがＨレベルであると）発振器１３の動作を停止させ、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡがなければ発振器１３を動作させるとともに、変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡを出力する（本実施形態ではＶｍｃＯＵＴＡをＨレベルにする）ように構成されている。また、発振器１３の動作が停止すれば、検波回路２５も動作を停止するようにしてある。
【００４９】
以上の説明は変位センサ１Ａに関するものであるが、変位センサ１Ｂも同様の構成を有しているのであって、互いの変調制御回路３４は一方の変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡが他方の変調制御入力ＶｍｃＩＮＢになるように相互に接続してある。したがって、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂが動作している間には、他方の変位センサ１Ｂ、１Ａはビーム光の発生も検波も行なわないのであって、両変位センサ１Ａ、１Ｂは時分割的に独立して動作することになる。つまり、両変位センサ１Ａ、１Ｂ間において相互に干渉が生じることがなくなるのである。
【００５０】
上記構成の動作タイミングについて図９を用いて説明する。図９（ａ）は変位センサ１Ａの発振器１３の出力ＶｍＡ、図９（ｂ）は変位センサ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡつまり変位センサ１Ｂの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢ、図９（ｃ）は変位センサ１Ｂの発振器１３の出力ＶｍＢ、図９（ｄ）は変位センサ１Ｂの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢつまり変位センサ１Ａの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡである。これらの関係により明らかなように、一方の変位センサ１Ａ、１Ｂの発振器１３が動作してレーザダイオード１１を発光させている期間には他方の変位センサ１Ｂ、１Ａでは発光が停止されており（図９（ｂ），（ｄ）はＨレベルが動作期間）、両変位センサ１Ａ、１Ｂのレーザダイオード１１が同時に発光することによるビーム光の干渉が防止されている。
【００５１】
また、位置検出素子２１では、両変位センサ１Ａ、１Ｂからの光を受光するから、位置センサ１Ａでは発振器１３の動作が停止している期間であっても図９（ｅ）のようにスイッチ回路３１から出力信号（Ｖａ１Ａ−Ｖａ２），（Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａ）が得られ増幅器２４にて増幅されることになるが、検波回路２５では図９（ｆ），（ｇ）のように、変位センサ１Ａの発振器１３が停止している期間には、検波回路２５の動作も停止させることによって（図９（ｇ）のＨレベルは停止期間）、他の変位センサ１Ａ、１Ｂの光によって距離を求めることを防止してある。つまり、変位センサ１Ａの検波回路２５の出力は図９（ｈ）のようになり、変位センサ１Ｂの動作中には検波回路２５の出力が０Ｖになって他方の変位センサ１Ｂの動作の影響を除去することができる。図９（ｉ）はスイッチ回路３２を切り換えるタイミング信号ｔ1 を示し、スイッチ回路３２により図９（ｊ），（ｋ）のように、信号成分Ｖｄ１Ａ−Ｖｄ２Ａ、Ｖｄ１Ａ＋Ｖｄ２Ａが分離されるのである。
【００５２】
以上説明した動作のように、２台の変位センサ１Ａ、１Ｂが交互に動作することによって、相互に干渉することなく距離を測定することができるのである。ここに、本実施形態ではレーザダイオード１１の発光周期の２周期ごとに距離測定を行なう変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えているが、この周期についてとくに制限はない。
【００５３】
なお、従来構成では位置検出素子２１から出力される位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａに対してＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂ、増幅器２４ａ、２４ｂ、検波回路２５ａ、２５ｂを２系統設けていたのに対して、本実施形態では、増幅器２４、検波回路２５を１系統だけ設け、スイッチ回路３１、３２により切り換えている点で変位センサ１Ａ、１Ｂとしての構成が異なる。しかして、本実施形態のように構成することによって、各変位センサ１Ａ、１Ｂでの発振器１３の出力の停止や開始による過渡期間においても位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａが同特性で処理されることによって、距離測定に誤差を生じないのである。従来構成において両位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを処理する回路の応答性を揃えることは現状の技術では困難であって、仮に完全な調整や補正を行なったとしても温度変化や経時変化により応答性にずれが生じるから、従来構成を採用すると測定の誤差は避けられないものである。これに対し本実施形態の構成を採用すれば、この種の測定誤差は原理的に発生しないから、測定精度が高くなるのである。
【００５４】
（実施形態６）
本実施形態では、図１０に示すように、スイッチ回路３１、３２を異なる切換信号ｔ1 、ｔ5 を用いて制御しているものである。また、図９と図１１とを比較するとわかるように、検波回路２５に与えるタイミング信号ｔ2 、ｔ4 も実施形態５とは異ならせてある。
【００５５】
つまり、実施形態５の構成では実施形態１と同様に、変調制御回路３４において変位センサ１Ａ、１Ｂの動作を切り換えた直後から測定を開始しているから、変位センサ１Ａ、１Ｂの応答性によっては、信号の処理に遅れが生じて波形歪みが発生し、結果的に距離の測定精度に誤差が生じることがある。そこで、本実施形態では、実施形態２と同様に、変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、ビーム光や処理回路の動作が安定するまでは距離測定を行なわないようにしているのである。
【００５６】
図示例では、各変位センサ１Ａ、１Ｂが発振器１３の出力ＶｍＡ、ＶｍＢの１周期で動作が安定する例を示してある。つまり、図１１（ｆ）のように、変位センサ１Ａ、１Ｂの切換直後には、本来ならば一点鎖線のような波形になるべきところが、実線のような波形になる。そこで、図１１（ａ）のようにビーム光の発光を切換直後から行なうとともに、図１１（ｇ）のように検波回路２５にタイミング信号ｔ2 を与えるが、図１１（ｈ）のように検波回路２５の出力は禁止しておくのである。このような動作に伴ってスイッチ回路３１、３２の切換に用いる切換信号ｔ1 、ｔ5 はそれぞれ図１１（ｅ），（ｊ）のようになり、検波回路２５の出力は図１１（ｉ）、スイッチ回路３２の出力は図１１（ｋ），（ｌ）のようになる。要するに、変位センサ１Ａ、１Ｂを切り換えてから、動作が安定するまでの期間は検波回路２５の出力を取り出さないようにし、それに応じてスイッチ回路３１、３２の切換タイミングも変更した点のみが実施形態５と相違する。
【００５７】
このような構成を採用することによって、動作が安定してから距離の測定することができるようになり、測定精度がより高くなるのである。
（実施形態７）
本実施形態は、図１２に示すように、実施形態５の回路構成においてタイミング信号ｔ2 、ｔ4 を変更したものである。すなわち、実施形態５では変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換毎にレーザダイオード１１を２回ずつ発光させているが、本実施形態では６回ずつ発光させるようにしてある。発光回数は６回に限定されるものではなく、複数回の発光による距離の測定値の平均値について、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後における測定値の誤差が無視できる程度になる回数を選択する。しかして、複数回の発光により求めた距離を積分するなどして平均値に相当する値を求めるようにすれば、誤差の割合を低減することができる。
【００５８】
本実施形態は、実施形態６と同様に変位センサ１Ａ、１Ｂの動作の切換直後において測定値に誤差が生じることへの対処技術であるが、実施形態６のように不安定である期間の測定値を捨てる必要がないから、タイミング関係は実施形態６よりも簡素であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの切換を実施形態５では２回の発光毎であったのを、２Ｎ（Ｎは２以上）回の発光毎に変更しているだけである。他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００５９】
（実施形態８）
実施形態５におけるスイッチ回路３１は、増幅器２４に対して演算回路２９から出力される２つの信号Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａのどちらかを必ず入力するものであったが、図１３に示すように、本実施形態では増幅器２４に対して２つの信号Ｖａ１Ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ１Ａ＋Ｖａ２Ａのどちらも入力しない状態を持つスイッチ回路３１′を用いた点が相違する。要するに、実施形態５では相手側の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作期間中には検波回路２５の出力を停止させていたが、本実施形態では同期間中に演算回路２９から増幅器２４への入力を禁止するように構成してある。つまり、図１４に示すように、切換信号ｔ1 だけではなく、タイミング信号ｔ4 を合わせて用いることによって、３位置をとるスイッチ回路３１’を制御するものである。
【００６０】
この構成によれば、位置検出素子２１が通常受光する光量よりも大幅に光量の大きい外乱光を受光したとしても、その出力が増幅回路２４に入力されるのを防止することができる。つまり、位置検出素子２１の出力が異常に大きいときには、増幅器２４が飽和したり飽和しないまでも線形領域で使用できなくなり、結果的に検波回路２５の出力に波形歪みが生じることになるが、本実施形態では他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作期間中には外乱光による位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂに基づく演算回路２９の出力を増幅器２４に入力していないから、上述のような事態を回避できる可能性が高くなる。その結果、測定結果の信頼性が高くなる。この構成は、他方の変位センサ１Ａ、１Ｂの光出力が大きい場合にとくに有効である。他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００６１】
（実施形態９）
上述した各変位センサ１Ａ、１Ｂは、複数台を使用する際に相互の干渉を防止する構成としたものであって、単独での使用について考慮されておらず、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが接続されていなければ使用することができない。したがって、単独で使用する変位センサとは別に製造しなければならない。このように、単独で使用する変位センサと相互干渉を防止する変位センサ１Ａ、１Ｂとを製造すると、製造ラインが複雑になりまた在庫管理が面倒になる。また、１台の変位センサ１Ａ、１Ｂを目的に応じて単独で使用したり、相互干渉を防止するように使用したりするような動作モードの切換が必要になることもある。このような動作モードの切換には手操作されるスイッチを用いる構成も考えられるが、小型化や低コスト化が難しく、また、スイッチを手操作で切り換えるのは面倒であるとともに、変位センサ１Ａ、１Ｂの動作モードを時間管理するように使用することは実質的に不可能である。
【００６２】
そこで、本実施形態では、相互干渉を防止する構成を採用しながらも、単独での使用も可能とし、しかも動作モードの切換に際して手操作されるスイッチを用いないようにした変位センサ１Ａ、１Ｂを提供する。すなわち、図１５に示すように、変調制御回路３４にモード判断波形成形回路３４ａを追加し、動作モードを判断している。以下では、相互干渉を防止する動作モードを干渉防止モード、単独で使用する動作モードを単独モードと呼ぶ。
【００６３】
モード判断波形成形回路３４ａは、図１６に示すように、２つの閾値Ｔｈ1 、Ｔｈ2 を持ち、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢと閾値Ｔｈ1 、Ｔｈ2 との大小関係を比較する。閾値Ｔｈ2 は動作モードの切換用に用いられ、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢが閾値Ｔｈ2 より大きい期間には干渉防止モード、小さい期間には単独モードが選択される。つまり、モード判断波形成形回路３４ａはモード信号Ｍｏｄｅを発振器１３に与えることによって、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが存在する場合と存在しない場合との動作を切り換える。また、閾値Ｔｈ1 は干渉防止モードにおいて、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが動作中か否かを判断するために用いられる。
【００６４】
このような切換を行なうために、各変位センサ１Ａ、１Ｂには定電流源３４ｂと定電圧源Ｖａ、Ｖｂと抵抗Ｒ1 、Ｒ2 とが設けられている。つまり、抵抗Ｒ1 によってモード判断波形成形回路３４ａへの入力をプルダウンしているから、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢがなければ、つまり他の変位センサ１Ａ、１Ｂが接続されていなければ、モード判断波形成形回路３４ａへの入力が０Ｖであるから閾値Ｔｈ2 よりも低く単独モードが選択される。
【００６５】
一方、変位センサ１Ａ、１Ｂの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢは、抵抗Ｒ2 を介して閾値Ｔｈ2 よりも高い電圧の定電圧源Ｖａ、Ｖｂに接続されているから、他の変位センサ１Ａ、１Ｂが接続されると、モード判断波形成形回路３４ａはモード信号Ｍｏｄｅを干渉防止モードに設定する。ここで、他の変位センサ１Ａ、１Ｂの動作中に動作を停止させるために定電流源３４ｂを用いているのであって、動作中の変位センサ１Ａ、１Ｂは定電流源３４ｂにより抵抗Ｒ2 に電流を流して変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢの電圧値を閾値Ｔｈ1 よりも高い電圧値に上昇させるようになっている。ここに、図１５における定電流源３４ｂの近傍に表記した矢印は定電流源３４ｂのオン・オフを制御する信号を与えることを示している。このような動作によって、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、変位センサ１Ａ、１Ｂは互いに他方が動作している間に動作を停止することになるのである。また、干渉防止モードでは閾値Ｔｈ1 、Ｔｈ2 との組み合わせによって動作するか否かを判断するから、モード判断波形成形回路３４ａはこれらの組み合わせによって図１６（ｅ）に示すように、実施形態１及び実施形態５における変調制御入力と同等の信号ＶｍｃＩＮＡ’、ＶｍｃＩＮＢ’を生成し、この信号ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢにより発振器１３を制御する。
【００６６】
なお、本実施形態では動作モードの切換用の閾値Ｔｈ2 は他の変位センサ１Ａ１、１Ｂが動作中か否かの判断に用いる閾値Ｔｈ1 よりも低く設定しているが、閾値Ｔｈ1 、Ｔｈ2 の大小関係を逆に設定することも可能である。この場合、変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢをプルアップするとともに、定電流源３４ｂ、定電圧源Ｖａ、Ｖｂ、抵抗Ｒ2 などの関係を変更する必要がある。
【００６７】
（実施形態１０）
本実施形態は、図１７に示すように、３台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いるものである。また、本実施形態では相互に干渉する可能性のある配置例として変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並設した例を示している。この配置例では、中央の変位センサ１Ａに対して両側の変位センサ１Ｂ、１Ｃによる干渉が生じる可能性があるが、両側の変位センサ１Ｂ、１Ｃは相互に干渉しないものと想定している。
【００６８】
しかして、変位センサ１Ｂ、１Ｃは相互に動作を停止させる必要はないが、変位センサ１Ａに対しては相互に動作を停止させることが必要である。そこで、図１８に示すように、変位センサ１Ｂ、１Ｃの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣをともに変位センサ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡとし、また同様に変位センサ１Ｂ、１Ｃの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＢ、ＶｍｃＯＵＴＣの論理和を変位センサ１Ａの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡとしている。ここでは、３台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを示しているが、変位センサの台数がさらに多い場合も同様であって、相互に干渉しないもの同士は変調制御入力と変調制御出力をそれぞれ共通化し、相互に干渉するもの同士は変調制御入力と変調制御出力を相互に与えるようにすればよいのである。
【００６９】
ところで、本実施形態においては、各変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの変調制御回路３４の出力（変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢ、ＶｍｃＯＵＴＣ）を電流出力としてあり、入力（変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ）にはプルダウン用の抵抗Ｒ1 を設けてある。
しかして、図１９に示すように、変位センサ１Ａの動作中には変位センサ１Ｂ、１Ｃによる距離測定の動作が停止し、変位センサ１Ｂ、１Ｃの動作中には変位センサ１Ａの距離測定の動作が停止することになる。変位センサ１Ｂ、１Ｃは図では同期して動作しているように見えるが、両者間ではとくにタイミングはとられていない。つまり、変位センサ１Ｂ、１Ｃによる距離測定の停止にはばらつきが生じることがあるが、変位センサ１Ａによる距離測定は、変位センサ１Ｂ、１Ｃのうちで、距離測定動作の終了がもっとも遅いものの動作が停止した後に開始されるから、変位センサ１Ａと変位センサ１Ｂ、１Ｃとの間で相互に干渉が生じることはない。
【００７０】
本実施形態は複数の変位センサを２群に分けて相互に干渉しないように接続する構成であって、実施形態としては３個の変位センサを示したが、変位センサの個数には各変位センサの電流容量などのほかにとくに制限はない。他の構成および動作は実施形態１及び実施形態５と同様である。
（実施形態１１）
本実施形態は、図２０に示すように、４台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄについて、２台ずつを並設しかつ２台ずつを対向させて配置してある。このような配置例では４台の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが相互に干渉する可能性を有している。このような多数の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの相互干渉を防止するために、本実施形態では、各変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤへの入力信号の立ち上がりによって距離測定の動作を開始するように構成し、かつ図２０に示すように、各変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡ、ＶｍｃＯＵＴＢ、ＶｍｃＯＵＴＣ、ＶｍｃＯＵＴＤを他の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤに順次接続してある。さらに具体的に説明すると、変位センサ１Ａの変調制御出力ＶｍｃＯＵＴＡを変位センサ１Ｂの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢとし、以下、ＶｍｃＯＵＴＢをＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＯＵＴＣをＶｍｃＩＮＤ、ＶｍｃＯＵＴＤをＶｍｃＩＮＡとするように、変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを直列的ないしリング状に接続するのである。
【００７１】
上述の構成では、各変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは距離測定の動作を停止した後に、他の変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄから与えられる変調制御入力ＶｍｃＩＮＡ、ＶｍｃＩＮＢ、ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤが立ち上がるまでは距離測定の動作を停止することになる。したがって、定常動作では図２１に示すように、変位センサ１Ａが距離測定を行なっている間に変位センサ１Ｂの動作を停止し、他の変位センサ１Ｃ、１Ｄは変調制御入力ＶｍｃＩＮＣ、ＶｍｃＩＮＤが立ち上がるまでは距離測定の動作を停止していることになる。変位センサ１Ａによる距離測定の動作が終了すれば、変位センサ１Ｂへの変調制御入力ＶｍｃＩＮＢが立ち上がるから、変位センサ１Ｂが動作を開始する。このようにして、変位センサ１Ｃ、１Ｄが順に択一的に動作を開始し、変位センサ１Ｄの動作が終了すると変位センサ１Ａへの変調制御入力ＶｍｃＩＮＡが立ち下がって、変位センサ１Ａが再び動作を開始するのである。
【００７２】
以上説明したように、各変位センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが順に距離測定の動作を行なうものであるから、必要台数だけ直列に接続することができる。しかも、各変位センサ間では２組ずつの結線を行なうだけであるから、結線も容易である。
実施形態１０の構成と実施形態１１の構成とは共通化することが可能であって、各変位センサ間の接続の仕方を変更するだけで、２群に分けた変位センサ間の干渉を防止するのか、各変位センサの個別の干渉を防止するのかを容易に設定することができる。
【００７３】
（実施形態１２）
本実施形態は、図２２に示すように、変位センサ１Ａ、１Ｂとして割算部２７ｃを設けることなく距離を求めるものを用いている。この構成は本発明者による先の出願である特願平７−２１９３３２号に図５として示したものと同様に動作するものであって、和演算部２７ｂの出力電圧を位置検出素子２１に入射する全光量に相当するものとみなして、比較回路１７において基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較回路１７は和演算部２７ｂの出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差に相当する信号を出力して、フィードバック制御回路１６に与える。フィードバック制御回路１６は変調器１５を通してタイミング回路２８からのタイミング信号ｔ2 をキャリアとして振幅変調し、ＬＤ駆動回路１４を通してレーザダイオード１１を駆動する。要するに、レーザダイオード１１の光出力は位置検出素子２１での受光光量に応じてフィードバック制御される。
【００７４】
このような構成を採用すれば、和演算部２７ｂの出力は基準電圧Ｖｒｅｆに保たれるから一定値であって、距離を求める演算の際の分母が一定値になるから、差演算部２７ｃの出力が対象物３までの距離に相当することになる。つまり、割算部２７ｃが不要になるのである。しかも、位置検出素子２１での受光光量に応じてレーザダイオード１１の光出力が調整されるから、対象物３の反射率や距離に応じて光量を調節することができ、処理回路のダイナミックレンジの範囲で精度よく距離を測定することができる。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００７５】
（実施形態１３）
本実施形態は、図２３に示すように、実施形態１２と同様に、和演算部２７ｂの出力電圧を一定に保つようにフィードバック制御するものであるが、増幅器２４に代えて増幅率が可変である可変増幅器２４′を用い、フィードバック制御回路１６はレーザダイオード１１の光出力ではなく可変増幅器２４′の増幅率を変化させるために用いられる。この構成は、先の出願である特願平７−２１９３３２号の図７に示したものと同様の動作になる。いずれにせよ、フィードバック制御によって和演算部２７ｂの出力が一定値に保たれるから、差演算部２７ａの出力を距離の測定値として用いることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００７６】
（実施形態１４）
本実施形態は、図２４に示すように、実施形態１２と実施形態１３との構成を組み合わせたものに相当する。すなわち、和演算部２７ｂの出力電圧を一定に保つために、レーザダイオード１１の光出力と可変増幅器２４′の増幅率をフィードバック制御している。ただし、本実施形態に用いる変位センサ１Ａ、１Ｂは、先に出願した特願平８−１５７６７９号の図１に示したものと同様に動作する。この構成では、対象物３の反射率の測定可能な範囲を実施形態１２や実施形態１３よりも広くとることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００７７】
（実施形態１５）
本実施形態は、図２５に示すような構成であり、変位センサ１Ａ，１Ｂの基本構成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６８０号に図９として示したものと略同様に動作するものであって、演算回路２９からＶａ１ａ−Ｖａ２Ａ、Ｖａ２Ａが出力される点と、スイッチ回路３２が不要な点と、検波回路２５の出力に基づいて所定の演算を行なう演算回路３０を備える点と、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａ）なる演算が行われる点などが実施形態５と相違する。ここに、演算回路３０の出力をＶｄ１Ａ−Ｖｄ２、Ｖｄ２とし、ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂそれぞれの出力をそれぞれＶ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ２Ａとしてある。なお、加算器２７ｂ’では、Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａなる出力が得られるが、ｋは光学的非線形性を補正するための定数である。したがって、本実施形態では、割算部２７ｃの出力は、対象物３の表面の反射率や受光量の総和にかかわらず（特開昭６３−１０８２１８号公報で提案されている装置と同様に）位置検出素子２１の出力である位置信号Ｉ１Ａ、Ｉ２Ａを正規化して対象物までの距離に対応する信号となる。また、本実施形態では、スイッチ回路３２が不要なので、スイッチ動作の時間的遅れによる誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低減でき、スイッチ回路３２がある場合に比べて測距精度を高めることができる。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００７８】
（実施形態１６）
本実施形態は、図２６に示すような構成であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの基本構成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６８０号に図５として示したものと同様に動作するものであって、検波回路２５に与えれるタイミング信号ｔ3 が異なる点と、スイッチ回路３２が不要な点と、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａ）なる演算が行われる点などが実施形態５と相違する。ここに、ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂそれぞれの出力をそれぞれＶ１Ａ−Ｖ２Ａ、Ｖ２Ａとしてある。また、タイミング信号ｔ3 は、切換信号ｔ1 と比べて位相が略９０度異なる（先の出願の図６（ｄ）（ｆ）参照）。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００７９】
（実施形態１７）
本実施形態は、図２７に示すような構成であり、変位センサ１Ａ、１Ｂの基本構成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６８０号に図７として示したものと略同様に動作するものであって、検波回路２５に与えれるタイミング信号ｔ3 が異なる点と、スイッチ回路３２が不要な点と、割算部２７ｃにて（Ｖ１Ａ−Ｖ２Ａ）／（Ｖ１Ａ＋ｋ×Ｖ２Ａ）なる演算が行われる点などが実施形態５と相違する。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００８０】
（実施形態１８）
ところで、実施形態５では変位センサ１Ａ、１Ｂが割算部２７ｃを備えていたが、本実施形態は、図２８に示すように、変位センサ１Ａ、１Ｂとして割算部２７ｃを設けることなく距離を求めるものを用いている。この構成は本発明者による先の出願である特願平８−１５７６８０号に図９として示したものと略同様に動作するものであって、加算器２７ｂ’（先の出願における加算器１３に相当する）の出力電圧であるＶ１＋ｋ×Ｖ２を位置検出素子２１に入射する全光量に相当するものとみなして、比較回路１７において基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較回路１７は加算器２７ｂ’の出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差に相当する信号を出力して、フィードバック制御回路１６に与える。フィードバック制御回路１６は変調器１５を通してタイミング回路２８からのタイミング信号ｔ2 をキャリアとして振幅変調し、ＬＤ駆動回路１４を通してレーザダイオード１１を駆動する。要するに、レーザダイオード１１の光出力は位置検出素子２１での受光光量に応じてフィードバック制御される。さらに、実施形態５における増幅器２４に代えて増幅率が可変である可変増幅器２４’を用い、フィードバック制御回路１６によって可変増幅器２４’の増幅率を変化させている。すなわち、本実施形態では、実施形態１４と同様に、レーザダイオード１１の光出力と可変増幅器２４’の増幅率をフィードバック制御している。なお、加算器２７ｂ’の出力電圧Ｖ１＋ｋ×Ｖ２で求められる値となる。
【００８１】
このような構成を採用すれば、加算器２７ｂ’の出力は基準電圧Ｖｒｅｆに保たれるから一定値であって、距離を求める演算の際の分母が一定値になるから、ローパスフィルタ２６ａの出力であるＶ１Ａ−Ｖ２Ａが対象物３までの距離に相当することになる。つまり、割算部２７ｃが不要になるのである。しかも、位置検出素子２１での受光光量に応じてレーザダイオード１１の光出力が調整されるから、対象物３の反射率や距離に応じて光量を調節することができ、処理回路のダイナミックレンジの範囲で精度よく距離を測定することができる。本実施形態は変位センサ１Ａ、１Ｂの構成が異なるのみであって、他の構成および動作は実施形態５と同様である。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１の発明及び請求項２の発明は、それぞれ、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処理部において対象物までの距離を求める光学式変位測定装置を複数台用いる光学式変位測定システムであって、ビーム光を上記周期で適宜回数だけ対象物に照射して距離測定の動作を行なわせた後に距離測定の動作を停止させるとともに動作停止中を示す変調制御出力を発生し、かつ外部から動作開始を示す変調制御入力を受けると距離測定の動作を開始させる変調制御回路を各光学式変位測定装置に備え、請求項１の発明は、複数台の光学式変位測定装置を相互に干渉する２群に分け、各群を構成する光学式変位測定装置の変調制御入力同士および変調制御出力同士をそれぞれ共通接続し、各群間で変調制御出力を互いに他群の変調制御入力とするものであり、複数台の光学式変位測定装置を２群に分けて各群間での相互干渉を防止することができる。さらに、請求項２の発明は、それぞれ外部からの変調制御入力の立ち上がりと立ち下がりとの一方で距離測定の動作を開始させるように変調制御回路が構成された複数台の光学式変位測定装置が各変調制御出力を他の変調制御入力とするように順にリング状に接続されるものであり、複数台の光学式変位測定装置を必要台数だけ相互干渉させることなく使用することが可能になるという利点を有する。つまり、干渉による分解能やリニアリティの低下なしに、複数台の光学式変位測定装置を隣接させて用いたり対向させて用いたりすることが可能になる。
【００８３】
請求項３の発明のように、外部から変調制御入力により距離測定の動作開始が指示されるとビーム光の出射を開始し、動作開始から動作が安定する程度の所定時間が経過した後に位置検出素子の出力を用いて距離を求めたり、請求項４の発明のように、距離測定の動作開始が指示されてから動作を停止するまでのビーム光の出射回数を、動作開始直後の動作が不安定である期間における距離測定の誤差が平均値では無視できる回数になるように設定する光学式変位測定装置を用いるものでは、変調制御入力により距離測定の動作開始が指示されてから距離測定の動作が安定するまでの時間が遅い（つまり応答性が悪い）場合でも、測定誤差がほとんど生じないように距離測定を行なうことができるという利点がある。
【００８４】
請求項５の発明のように、位置検出素子と処理部との間にスイッチ要素を挿入し、スイッチ要素は外部からの変調制御入力によって距離測定の動作が停止している間には位置検出素子の出力を処理部に入力しないように設定される光学式変位測定装置を用いるものでは、距離測定の動作を停止している間に強い外乱光が入射しても、処理部には入力されないから、処理部の飽和や非線形動作を回避することが可能になり、距離測定の精度が高くなるという利点がある。
【００８５】
請求項６の発明のように、変調制御回路が、変調制御出力として２段階の電圧のいずれかを出力するように構成され、かつ変調制御入力に対して上記２段階の電圧の間ではない第１の閾値と、上記２段階の電圧の間である第２の閾値とが設定され、変調制御入力が第１の閾値に対して上記２段階の電圧側であるときに第２の閾値と変調制御入力との大小関係に応じて距離測定の動作の停止と再開とを決定し、外部からの変調制御入力がなければ第１の閾値に対して上記２段階の電圧とは反対側の電圧を変調制御入力として設定して距離測定の動作を停止させることなく継続させる光学式変位測定装置を用いるものでは、変調制御回路への接続形態のみによって単独での使用か相互干渉を防止するように使用するかを選択することができ、しかもこのような機能を小型、低コストで実現することができるとともに、使い勝手が向上するという利点がある。
【００８６】
請求項７の発明のように、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するフィードバック制御回路を処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものや、請求項８の発明のように、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものや、請求項９の発明のように、位置検出素子から出力される位置信号を増幅する増幅率が可変である可変増幅器と、位置検出素子での受光量をほぼ一定に保つように発光素子の光出力をフィードバック制御するとともに、一対の位置信号をそれぞれ可変増幅器で増幅した後の出力値の加算値がほぼ一定になるように可変増幅器の増幅率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それぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、反射率の異なる対象物に対して測定可能な範囲が広くなり、各種の対象物に対応可能となるという利点がある。
【００８９】
請求項１０の発明のように、位置検出素子として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ものを用い、各位置信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、従来の処理部が各位置信号を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つの位置信号を同じ同期検波手段で同期検波しているからオフセット誤差も発生しないという利点がある。さらに、２つの位置信号を同一の回路で処理しているから、第２のスイッチ回路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、発光素子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に過渡的な誤差が生じない。
【００９０】
請求項１１の発明のように、位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力する第１のスイッチ回路と、第１のスイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号を第１のスイッチ回路に同期させて一対の信号に分離する第２のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路の出力に基づいて対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、第１の演算部にて位置信号同士の減算が行なわれるから、位置信号に同相ノイズが存在するような場合でも第１の演算部で同相ノイズが除去され、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差の発生や分解能の低下を抑制することができるという利点がある。
請求項１２の発明のように、位置検出素子として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ものを用い、位置信号同士を減算及び加算して求めたそれぞれの信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、第１の演算部にて位置信号同士の減算が行なわれるから、位置信号に同相ノイズが存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除去され、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差の発生や分解能の低下を抑制することができるという利点がある。また、請求項１０、１１の発明に比べてスイッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的遅れ誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低減でき、測距精度を高めることができる。
【００９１】
請求項１３の発明のように、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び他方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、第１の演算部にて位置信号同士の減算が行なわれるから、位置信号に同相ノイズが存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除去され、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差の発生や分解能の低下を抑制することができるという利点がある。また、請求項１０、１１の発明に比べてスイッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的遅れ誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低減でき、測距精度を高めることができる。
【００９２】
請求項１４の発明のように、位置検出素子として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ものを用い、位置検出素子から出力される一方の位置信号から他方の位置信号を減算した信号及び一方の位置信号を出力する第１の演算部と、第１の演算部の各出力信号のいずれかをビーム光の変調周期の整数倍周期毎に切り換えて選択的に出力するスイッチ回路と、スイッチ回路の出力信号を光ビームの変調周期に同期して検波する同期検波手段と、同期検波手段の出力信号に基づいて光学的非線形性を補正して対象物の基準位置からの変位を演算する第２の演算部とをそれぞれ処理部に備える光学式変位測定装置を用いるものでは、第１の演算部にて位置信号同士の減算が行なわれるから、位置信号に同相ノイズが存在するような場合でも演算部で同相ノイズが除去され、位置信号の同相ノイズの影響による測距結果の誤差の発生や分解能の低下を抑制することができるという利点がある。また、請求項１０、１１の発明に比べてスイッチ回路の数が少ないので、スイッチ動作の時間的遅れ誤差の発生やスイッチングノイズによる誤差の発生を低減でき、測距精度を高めることができる。
【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】実施形態２を示すブロック図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】実施形態３の動作説明図である。
【図６】実施形態４を示すブロック図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】実施形態５を示すブロック図である。
【図９】同上の動作説明図である。
【図１０】実施形態６を示すブロック図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】実施形態７の動作説明図である。
【図１３】実施形態８を示すブロック図である
【図１４】同上の動作説明図である。
【図１５】実施形態９を示す要部回路図である。
【図１６】同上の動作説明図である。
【図１７】実施形態１０の配置例を示す図である。
【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１１の配置例を示す図である。
【図２１】同上の動作説明図である。
【図２２】実施形態１２を示すブロック図である。
【図２３】実施形態１３を示すブロック図である。
【図２４】実施形態１４を示すブロック図である。
【図２５】実施形態１５を示すブロック図である。
【図２６】実施形態１６を示すブロック図である。
【図２７】実施形態１７を示すブロック図である。
【図２８】実施形態１８を示すブロック図である。
【図２９】従来例を示すブロック図である。
【図３０】同上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）
１３  発振器
２１  位置検出素子
２３  Ｉ／Ｖ変換回路
２４  増幅器
２５  検波回路
２７ａ  差演算部
２７ｂ  和演算部
２７ｃ  割算部
２８  タイミング回路
３１  スイッチ回路
３２  スイッチ回路
３４  変調制御回路
【図１】
0003799708.tif 000002
【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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【図１３】
0003799708.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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