JP2000234909A - 距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、結像長さ以下の径の光電変換手段
を用いて精度の良い測定を行うことを目的とする。 【解決手段】 被測定物の各測定点毎の反射レーザビー
ムを通過させるスリット板３の後に、ライン状の結像を
点状に集光する集光レンズ１３を配置したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を利用し
て被測定物の表面形状等を非接触で測定する距離計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ光を利用した距離計として
は、例えば、図５に示すような光点走査速度変調型表面
形状測定装置がある（特願平５−３４６６号公報）。ス
キャナ１から被測定物７の表面にレーザビームが線状に
走査される。被測定物７面上の光点は、受光レンズ２に
より結像される。結像面位置には、光点像の軌跡上に、
それぞれ所定開口幅の複数のスリットを持つスリット板
３が配置され、その背面側に、スリットを通過する光を
測定パルス信号に変換する単一の光電子増倍管４が配置
されている。そして、信号処理手段としての信号処理回
路５で、走査開始から光電子増倍管４からの測定パルス
信号の発生時点までの時間に基づいて被測定物７面上の
光点の位置が判定され、その表面形状（距離）が検知さ
れるようになっている。６は基準面、８はスタートパル
ス検出器である。得られる測定パルス信号は図６のよう
になる。図７に示すＴｎ′が、位置Ｐｎ′の絶対量にな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の距離計の受光部
光学系を図８に示す。レーザ走査線９は被測定物７の寸
法によって決まるレーザ走査線長さＬを有する。受光レ
ンズ２によって決まる倍率ｍにより、結像（線）１０は
結像長さｌ（ｌ＝Ｌ／ｍ）となる。この値は、幾何光学
的に決まる数値である。したがって、スリット板３の長
さは、結像長さｌ以上必要である。また、光電子増倍管
４の直径Ｄはスリット板３の長さ＋αが必要である。と
ころが光電子増倍管４の大きさには限りがあり、大きい
ものほど高価であり、感度特性のムラも大きく、またス
ペースも必要である。このため、長い範囲を測定しよう
とすると受光部を分割せざるを得ない。

【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
結像長さ以下の径の光電変換手段を用いて精度の良い測
定を行うことができ、また小型化が可能な距離計を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、被測定物の表面にレーザビ
ームを走査するスキャナと、前記被測定物の表面から反
射される反射レーザビームを結像する受光レンズと、前
記被測定物の各測定点毎の前記反射レーザビームを通過
させる所定開口幅のスリットを持つスリット板と、前記
受光レンズを介して前記各スリットを通過した反射レー
ザビームを測定パルス信号に変換する光電変換手段と、
前記測定パルス信号を入力し、測定開始時間からの時間
として測定し、その時間を距離に換算する信号処理手段
とを有する距離計において、前記スリット板の後にライ
ン状の結像を点状に集光する集光レンズを配置してなる
ことを要旨とする。この構成により、受光レンズで結像
した像が集光レンズで光電変換手段の中心部に集光され
る。これにより、受光レンズによる結像長さよりも小さ
な径の光電変換手段で反射レーザビームを受光すること
が可能となる。

【０００６】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の距離計において、前記集光レンズに代えて、前記各ス
リットを通過した反射レーザビームを拡散光に変換する
拡散板と、その拡散光を前記光電変換手段に集光する積
分球とを有することを要旨とする。この構成により、受
光レンズで結像した光が拡散板で拡散され、その拡散光
が積分球で光電変換手段の中心部に集光される。これに
より、上記と同様に、受光レンズによる結像長さよりも
小さな径の光電変換手段で反射レーザビームを受光する
ことが可能となる。

【０００７】請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２記載の距離計において、前記光電変換手段として、高
応答速度性を持つ小型の光電子増倍管を使用することを
要旨とする。この構成により、小型の光電子増倍管は、
大型の光電子増倍管に比べて信号の応答速度が速い。受
光レンズで結像した像が光電子増倍管の中心部に集光さ
れることから小型の光電子増倍管を使用することで、レ
ーザビームを高速で走査しても、検出される測定パルス
信号の立上がり特性を十分に追従させることが可能とな
る。

【０００８】請求項４記載の発明は、上記請求項３記載
の距離計において、前記光電子増倍管は、点状に集光さ
れた前記反射レーザビームを受光することによって光電
面感度特性ムラの影響を最小にする機能を持つことを要
旨とする。この構成により、光電子増倍管は、反射レー
ザビームが点状に集光されることで、光電面感度特性ム
ラ（ユニフォミティ）は殆ど影響がなく、均一な感度の
測定パルス信号を検出することが可能となる。

【０００９】請求項５記載の発明は、上記請求項１記載
の距離計において、前記点状に集光した受光成分を光フ
ァイバで別置きした前記光電変換手段へ導光するように
構成してなることを要旨とする。この構成により、光電
変換手段以降のユニットを自由なレイアウトで設置する
ことが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る受光部光学系を示す図である。なお、図１及び後述の
第２の実施の形態以下の各実施の形態を示す図におい
て、前記図５、図８における部品等と同一ないし均等の
ものは、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を
省略する。本実施の形態では、スリット板３の後ろ側
に、ライン状の結像を点状に集光する集光レンズ１３が
配置されている。集光レンズ１３は受光レンズ２による
結像長さを受光するのに十分なレンズ径を持っている。
受光レンズ２で結像した像は、集光レンズ１３で光電変
換手段としての光電子増倍管１１の中心部分に集光され
る。この機構により、レーザ走査線９の長さが長くなっ
ても、適切な集光レンズ１３を選択することによって、
大きな径の光電子増倍管を用意する必要がなくなる。ま
た、受光部の占めるスペースも小さくすることが可能で
ある。以上より、結像長さ以下の径の光電子増倍管１１
で受光可能な受光部を得ることができる。

【００１２】図２には、本発明の第２の実施の形態を示
す。本実施の形態では、スリット板３の後ろに拡散板１
４が配置されている。拡散板１４は、光が入射すると拡
散されて（指向性が殆どなくなって）、光を出射するも
のである（例：すりガラス）。

【００１３】また、拡散板１４の上には、その拡散光の
生じる領域を囲むように積分球１５が設置されている。
積分球１５の内面はミラーになっている。受光レンズ２
で結像した光は拡散板１４で拡散され積分球１５の中に
入る。拡散板１４の対面には、光電子増倍管１１が設置
されている。積分球１５の内部に入った拡散光は光電子
増倍管１１で受光される。この機構により、レーザ走査
線９の長さが長くなっても、大きな径の光電子増倍管を
用意する必要がなくなり、結像長さ以下の径の光電子増
倍管１１で受光可能な受光部を得ることができる。

【００１４】図３には、本発明の第３の実施の形態を示
す。上述のように、集光レンズ１３の配置により、ライ
ン状の結像が点状に集光される。このため、光電変換手
段として小型の光電子増倍管１２を使用することが可能
である。小型の光電子増倍管１２は、大きな光電子増倍
管に比較して信号の応答速度が速い。レーザ走査の周期
が速くなると、大きな光電子増倍管では十分な応答速度
を得られなくなる。本実施の形態の受光部であれば小型
の光電子増倍管１２を使用しているので、十分速い応答
速度を得ることができ、レーザ走査周期を速くしても追
従することができる。また、ライン状の結像をそのまま
受光すると、光電子増倍管１２の受光面の径方向感度特
性ムラによって、検出感度が変化するが、本構造であれ
ば点状に集光されるため、感度特性ムラは殆ど影響がな
い。したがって、均一な感度の測定パルス信号を検出す
ることができて、精度の良い測定を行うことができる。

【００１５】図４には、本発明の第４の実施の形態を示
す。物理的な制限のため光電子増倍管等を集光レンズ１
３の直後に設置することができないことがある。本実施
の形態では、集光レンズ１３で集光された光が、光ファ
イバ１６によって、別置きされている光電子増倍管１１
に導光されている。この構造により、光電子増倍管１１
以降のユニットを自由なレイアウトで設置することがで
きる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、スリット板の後にライン状の結像を点状に
集光する集光レンズを配置したため、受光レンズによる
結像長さよりも小さな径の光電変換手段で反射レーザビ
ームを受光することができ、また、小さな径の光電変換
手段を用いることで、小型化が可能となる。

【００１７】請求項２記載の発明によれば、前記集光レ
ンズに代えて、前記各スリットを通過した反射レーザビ
ームを拡散光に変換する拡散板と、その拡散光を前記光
電変換手段に集光する積分球とを具備させたため、上記
請求項１記載の発明の効果と同様の効果がある。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、前記光電変
換手段として、高応答速度性を持つ小型の光電子増倍管
を使用したため、レーザビームを高速で走査しても、検
出される測定パルス信号の立上がり特性を十分に追従さ
せることができて、精度の良い測定を行うことができ
る。

【００１９】請求項４記載の発明によれば、前記光電子
増倍管は、点状に集光された前記反射レーザビームを受
光することによって光電面感度特性ムラの影響を最小に
する機能を持つようにしたため、均一な感度の測定パル
ス信号を検出することができて、精度の良い測定を行う
ことができる。

【００２０】請求項５記載の発明は、前記点状に集光し
た受光成分を光ファイバで別置きした前記光電変換手段
へ導光するように構成したため、光電変換手段以降のユ
ニットを自由なレイアウトで設置することができ、また
距離計本体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である距離計におけ
る受光部光学系の構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における受光部光学
系の構成図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態における受光部光学
系の構成図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態における受光部光学
系の構成図である。

【図５】従来の距離計の構成図である。

【図６】上記従来例による測定パルス信号の信号列を示
す図である。

【図７】上記測定パルス信号による測定原理を説明する
ための図である。

【図８】上記従来例における受光部光学系の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ スキャナ ３ 受光レンズ ３ スリット板 ５ 信号処理回路（信号処理手段） ７ 被測定物 ９ レーザ走査線 １１，１２ 光電子増倍管（光電変換手段） １３ 集光レンズ １４ 拡散板 １５ 積分球 １６ 光ファイバ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面にレーザビームを走査す
   るスキャナと、前記被測定物の表面から反射される反射
   レーザビームを結像する受光レンズと、前記被測定物の
   各測定点毎の前記反射レーザビームを通過させる所定開
   口幅のスリットを持つスリット板と、前記受光レンズを
   介して前記各スリットを通過した反射レーザビームを測
   定パルス信号に変換する光電変換手段と、前記測定パル
   ス信号を入力し、測定開始時間からの時間として測定
   し、その時間を距離に換算する信号処理手段とを有する
   距離計において、前記スリット板の後にライン状の結像
   を点状に集光する集光レンズを配置してなることを特徴
   とする距離計。
2. 【請求項２】 前記集光レンズに代えて、前記各スリッ
   トを通過した反射レーザビームを拡散光に変換する拡散
   板と、その拡散光を前記光電変換手段に集光する積分球
   とを有することを特徴とする請求項１記載の距離計。
3. 【請求項３】 前記光電変換手段として、高応答速度性
   を持つ小型の光電子増倍管を使用することを特徴とする
   請求項１又は２記載の距離計。
4. 【請求項４】 前記光電子増倍管は、点状に集光された
   前記反射レーザビームを受光することによって光電面感
   度特性ムラの影響を最小にする機能を持つことを特徴と
   する請求項３記載の距離計。
5. 【請求項５】 前記点状に集光した受光成分を光ファイ
   バで別置きした前記光電変換手段へ導光するように構成
   してなることを特徴とする請求項１記載の距離計。