JPH0668443B2

JPH0668443B2 - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH0668443B2
Application number: JP60050158A
Authority: JP
Inventors: 和夫高嶋; 昌之杉山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1985-03-12
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS61207914A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、検出ヘツドを光学系のみで構成した非接触
式の距離測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の非接触式の距離測定装置を第４図に示す。第４図
において、（１）は光源、（２）は光源（１）より放射
される光束を集束し対象物体に投射する投光レンズ、
（３）は測定しようとする対象物体である。上記光源
（１）、投光レンズ（２）、対象物体（３）が軸線
（Ａ）上に位置し、光源（１）から放射された光は投光
レンズ（２）によつて対象物体（３）上に照射され、光
束の光スポツト（４）を形成する。（５）は光スポツト
（４）の像を結像する受光レンズ、（６）は受光レンズ
（５）によつて結像される光スポツト（４）の像の位置
Ｐに対応した電気出力を発生する受光素子で、上記光ス
ポツト（４）、受光レンズ（５）、受光素子（６）は軸
線（Ｂ）上に位置し、この場合この軸線（Ｂ）は前記軸
線（Ａ）とθの角度をなす。

そして、受光素子（６）の出力する２つの電気信号i_A,i
_Bは、それぞれ加算器（７）、減算器（８）に入力さ
れ、加算器（７）において両信号の和が求められ、減算
器（８）において両信号の差が求められる。（９）は加
算器（７）の出力で減算器（８）の出力を除する除算
器、（10）は除算器（９）の位置出力Ｐを距離出力ｌに
変換する変換器である。

上記において、光源（１）、投光レンズ（２）、受光レ
ンズ（５）、受光素子（６）によつて検出ヘツド（11）
が構成される。

次に動作について説明する。光源（１）より放射される
光束は、投光レンズ（２）によつて適当な大きさの光ス
ポツト（４）で対象物体（３）に照射される。この光ス
ポツト（４）を受光レンズ（５）が撮像し、受光素子
（６）の受光面の上に光スポツト（４）の像を結像す
る。斯かる受光素子（６）は、光位置検出器と称される
ものであり、受光面上の光スポツト像の結像位置Ｐに応
じた２つの電気信号i_A,i_Bを発生するという動作特性を
有するものである。従つて、受光素子（６）の両端の２
つの電極に生じる電流i_A,i_Bの値によつて、光スポツト
像の結像位置Ｐは、として求めることができる。ところで、受光素子（６）
の出力は光スポツト像の結像位置Ｐとその強度とに比例
した出力信号を生じる。そのため、上記（１）式におい
ては、光スポツト像の強度変化に比例して変化する信号
である（i_A＋i_B）の頂を分母に導入し、光スポツト像の
結像位置のみに比例する信号を得るようにしている。

前記加算器（７）と減算器（８）と除算器（９）は、受
光素子（６）の出力信号i_A,i_Bに基づいて上記（１）式
に示される演算を実施するための回路であり、このよう
にして除算器（９）の出力には光スポツト像の結像位置
に対応する出力値Ｐが得られる。

一方、対象物体（３）までの距離をｌとし、投光レンズ
（２）と受光レンズ（５）の設置間隔をＬとすると、ｌ
は、として求めることができる。ここで、θは受光レンズ
（５）の設置位置及び焦点距離、受光素子（６）と受光
レンズ（５）の設置間隔、光スポツト像の結像位置に係
る出力Ｐによつて求まるものである。これらの中で位置
出力Ｐ以外は固定値として定めることができるので、結
局、対象物体（３）までの距離ｌは、ｌ＝Ｋ・Ｐ・・・（３）として得られる。この場合、Ｋは上記各固定値によつて
決まる定数であり、事前の計算又は実験等により設定さ
れる。変換器（10）は上記（３）式を実施し、位置出力
Ｐを入力して距離出力ｌを出力するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の非接触式の距離測定装置は、上記の如く検出ヘツ
ド（11）の中に光源（１）や受光素子（６）等の電気回
路部を有しており、このため防曝が必要な場所で使用す
るには対策が必要となり、更にこの対策のために検出ヘ
ツドが全体的に大形となるという欠点を有していた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであり、検出ヘツドに防曝のための特別な対策を
施さなくともよく且つ検出ヘツド及び装置全体を小形化
することのできる非接触式距離測定装置を得ることを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る距離測定装置は、光束を被測定物体に対
して適当な大きさの光スポツトとして照射する投光レン
ズと上記光スポツトの像を結像する受光レンズと光スポ
ツト像の結像位置に比例した複数個の光信号を出力する
光位置検出器とから成る検出ヘツドと、光を放射する光
源と、この光源の放射光を上記投光レンズまで伝送する
光フアイバと、上記光位置検出器の出力する各光信号を
伝送する複数本の光フアイバと、この光フアイバを介し
て伝送される光信号に比例した電気信号を発生する複数
個の光検出器と、これらの光検出器の出力で除算を行な
う除算器と、この除算器の結果を変換する変換器とを備
えて成るものである。

〔作用〕

上記構成によれば、光学式の光位置検出器から出力され
る光信号を検出ヘツドの外部に設けられた電気回路部に
おいて電気的に処理することによつて距離を求めること
ができ、また検出ヘツド内からは電気回路部を排除し、
光学系部材のみで検出ヘツドが構成される。

〔実施例〕

以下にこの発明の一実施例を図面に従つて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す非接触式の距離測定
装置の構成図である。（１）〜（５），（９）〜（11）
は上記従来装置と同一のものである。光源（１）は検出
ヘツド（11）の外部に配設され、この光源（１）と検出
ヘツド（11）内の投光レンズ（２）との間は結合レンズ
（12）及び投光用光フアイバ（13）で光学的に結合され
る。光源（１）より放射された光束は、結合レンズ（1
2）で光フアイバ（13）の受光端（13a）に照射され、光
フアイバ（13）で検出ヘツド（11）まで伝送され、出光
端（13b）から投光レンズ（２）に照射される。（14）
は光スポツト像の結像位置に比例した光量を発生する光
位置検出装置、（15），（16）は光位置検出装置（14）
の出力光を伝送する第１、第２の受光用光フアイバ、
（17），（18）はそれぞれ光フアイバ（15），（16）で
伝送されてきた光の強度に比例した電気出力を発生する
第１、第２の光検出器である。

上記構成を有する距離測定装置は次のように動作する。
光源（１）から放射された光束は、前述した通り結合レ
ンズ（12）及び光フアイバ（13）を介して投光レンズ
（２）へ伝送され、対象物体（３）に光スポツト（４）
として照射される。一方、受光レンズ（５）は、この光
スポツト（４）を撮像し、光位置検出器（14）の受光面
の上に結像する。この光位置検出器（14）は、例えば通
常の光フアイバのコア部に光を吸収、散乱する物質を均
一に混入して形成されるものである。

第２図は光位置検出器（14）の説明図である。この図に
示すように光位置検出器（14）にP_Oなる強度の入射光が
あるとすると、内部に混入された散乱物質によつて入射
光が散乱を受ける。この結果、一部の光が図中左右の伝
送方向に進行し、散乱、吸収を受けながら両端面より
P_A,P_Bの強度の出力光を得る。ここで、光位置検出器（1
4）における伝送方向への散乱係数をα、入射位置の両
端面からの距離をl_A,l_B、混入物質による散乱・吸収係
数をβとすると、各端面から得られる出力光の強度P_A,P
_Bはそれぞれ次式で求められる。

P_A＝P_O EXP〔−αβl_A〕・・・（４） P_B＝P_O EXP〔−αβl_B〕・・・（５）２つの出力光の強度の比を求めると、となり、この比の値はl_Aとl_Bの差にのみ比例することに
なる。すなわち、P_AとP_Bの比が光スポツト像の結像位置
に比例するのである。

上記強度P_A,P_Bで示される光位置検出器（14）の出力光
は光フアイバ（15），（16）によつて伝送され、それぞ
れ光検出器（17），（18）によつて強度P_A,P_Bに比例し
た電気信号i_A,i_Bに変換される。電気信号i_A,i_Bを用いて
除算器（９）でP_A／P_Bに相当する演算を行ない、測定す
べき距離ｌを比例した出力を得る。この出力は、前記
（１）式におけるＰと同等の値であるので、前記（２）
式、（３）式を適用し、これを実施する変換器（10）に
よつて測定すべき距離に係る距離出力ｌを得ることがで
きる。

以上において検出ヘツド（１）の内部には投光レンズ
（２）、受光レンズ（５）、光位置検出器（14）、及び
光フアイバ（13），（15），（16）の一部等の光学系部
材のみを含み、電気的回路部分を含まない。従つて検出
ヘツド（11）はそれ自体の構成で防曝特性を備えると共
に、光学系部材のみによつて構成されるため小形に作る
ことが可能となる。

上記実施例では、光位置検出器（14）は光フアイバのコ
ア部に散乱吸収物質を混入したものを用いたが、光の入
射によつて螢光を発する光フアイバ等を用いることもで
きる。また、第３図は光位置検出器の別実施例を示し、
直方体状に光位置検出器を形成している。

更に上記光位置検出器（14）の受光面は一次元のものと
して説明したが、同様にして二次元のものとして構成す
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、非接触式
の距離測定装置において光源及び光検出器等の電気的回
路部分を検出ヘツドの外部に出し、検出ヘツドは光学系
部材のみによつて構成するようにしたため、検出ヘツド
それ自体の構造が防曝にすぐれた特性を有すると共に、
検出ヘッドと光検出器との接続を最小２本の第２の光フ
ァイバにより行うことができて検出ヘッド及び装置全体
の小型化を達成することができるという効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す距離測定装置の構成
図、第２図は光位置検出器の説明図、第３図は光位置検
出器の別実施例を示す図、第４図は従来の距離測定装置
の構成図である。図において、（１）は光源、（２）は投光レンズ、
（３）は対象物体、（４）は光スポツト、（５）は受光
レンズ、（９）は除算器、（10）は変換器、（11）は検
出ヘツド、（13）は投光用光フアイバ、（14）は光位置
検出器、（15），（16）は受光用光フアイバ、（17），
（18）は光検出器である。なお各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を放射する光源と、上記光源の放射光を
伝送する第１の光ファイバと、上記第１の光ファイバか
ら光を受けて被測定物体上に光スポットを形成する投光
レンズ、上記光スポットの反射光を受けて光スポット像
を結像する受光レンズ及び上記光スポット像を受けて上
記光スポット像が結像する位置に関する結像位置情報を
光の強度情報に変換して少なくとも２以上の光信号とし
て出力する光位置検出器とからなる検出ヘッドと、上記
光位置検出器が出力する複数の光信号をそれぞれ伝送す
る複数の第２の光ファイバと、上記第２の光ファイバか
ら複数の光信号をそれぞれ受けて電気信号を発生する複
数の光検出器と、上記複数の光検出器の出力により除算
を行い結像位置情報を出力する除算器と、上記除算器が
出力する結像位置情報を上記被測定物体までの距離に変
換する変換器とを備えた距離測定装置。
【請求項２】上記光位置検出器は、光ファイバのコア物
体に光を吸収、散乱する物質を混入して形成され、入射
された光を上記光スポット像の結像位置に対応して減衰
させることにより光の強度情報に変換することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の距離測定装置。