JPH073328B2 - 物体計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体計測装置に関し、特に投光装置によって
発生されたのち被計測物体で反射された光の収束によっ
てその光の反射点の像が光センサ装置の各光センサ上に
結像される時刻を計測し計測結果からその光の反射点の
位置を算出してなる物体計測装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来この種の物体計測装置としては、投光装置によって
発生されたのち被計測物体で反射された光の収束に伴な
って動作せしめられる光センサ装置の各光センサに対し
て共通に“単一”の計数回路を配設しておき、被計測物
体で反射された光が各光センサ上に結像されたときに
“単一”の計数回路の計数内容を各光センサに付設され
た記憶装置に記憶せしめ、記憶装置の記憶内容から被計
測物体における光の反射点の位置を算出するものが提案
されていた（田中等「高速３次元物体計測装置の試作」
電子情報通信学会技術研究報告 社団法人電子情報通信
学会 PRU−87−41 1987年10月１日）。

［解決すべき問題点］ しかしながら従来の物体計測装置においては、 “単一”の計数回路を使用していたので、（ｉ）計数回
路の計数速度をあげて時間分解能を高くすることにより
被計測物体における光の反転点の位置を高精度に計測す
るためには、その計数回路ならびに各光センサに付設さ
れた記憶装置のビット数を拡大しなければならない欠点
があり、また（ii）死角を少なくするために投光装置と
光センサとの間に距離すなわち基線長を削減すると、計
数回路および記憶装置のビット数を拡大しない限り、分
解能が悪化してしまう欠点があった。

そこで本発明は、これらの欠点を除去するために、計数
回路および記憶装置のビット数の拡大を回避しつつ高精
度の物体計測を達成し、かつ分解能の低下を回避しつつ
死角を削減してなる物体計測装置を提供せんとするもの
である。

（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ 本発明により提供される問題点の解決手段は、「（ａ）
被計測領域を走査するための光を発生する投光装置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
って動作せしめられ、かつ複数の列もしくは行に分割し
て配設された複数の光センサからなる第１の光センサ装
置と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行に対してそれぞれ配設されており、前記第２の
光センサ装置の光検知によって発生された走査信号を前
記第１の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行
にそれぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路
と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行に対してそれぞれ配設されかつリセット端が前
記遅延回路に対してそれぞれ接続されており、リセット
ののち入力端に与えられたクロックパルスの数を計数す
る複数の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の装置を算出するデータ処理装置と を備えてなることを特徴とする物体計測装置」である。

また本発明により提供される他の問題点の解決手段は、 「（ａ）被計測領域を走査するための光を発生する投光
装置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
って動作せしめられかつ複数の列もしくは行に分割して
配設された複数の光センサからなる第１の光センサ装置
と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
してそれぞれ共通に配設されており、前記第２の光セン
サ装置の光検知によって発生された走査信号を前記第１
の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行にそれ
ぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
してそれぞれ共通に配設されかつリセット端が前記遅延
回路に対してそれぞれ接続されており、リセットののち
入力端に与えられたクロックパルスの数を計数する複数
の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の装置を算出するデータ処理装置と を備えてなることを特徴とする物体計測装置」である。

［作用］ 本発明にかかる物体計測装置は、投光装置によって発生
されかつ被計測物体で反射された光を結像装置により収
束せしめて結像されたその反射点の像によって動作せし
められられる第１の光センサ装置が複数の光センサを複
数の列もしくは行に分割して配設することによって形成
され、光センサの複数の列もしくは行に対してそれぞれ
配設された複数の遅延回路によってその複数の遅延回路
に１対１で対応する複数の計数装置の計数開始時刻がそ
れぞれ調節されており、ひいては計数装置ならびにその
複数の光センサに対し１対１で付設の記憶装置のビット
数を拡大することなく高精度の物体計測を達成する作用
をなし、また分解能の低下を回避しつつ死角を削減する
作用をなす。

本発明にかかる物体計測装置は、投光装置によって発生
されかつ被計測物体で反射された光を結像装置により収
束せしめて結像されたその反射点の像によって動作せし
められる第１の光センサ装置が複数の光センサを複数の
列もしくは行に分割して配設することによって形成さ
れ、光センサの複数の列もしくは行のうち互いに接近し
た複数の列もしくは行に対してそれぞれ共通に配設され
た複数の遅延回路によってその複数の遅延回路に１対１
で対応する複数の計数装置の計数開始時刻がそれぞれ調
節されており、ひいては計数装置ならびにその複数の光
センサに対し１対１で付設の記憶装置のビット数を拡大
することなく高精度の物体計測を達成する作用をなし、
また分解能の回避しつつ死角を削減する作用をなし、併
て遅延回路ならびに計数回路の総数を削減する作用をな
す。

［実施例］ 次に本発明について、添付図面を参照しつつ具体的に説
明する。

第１図は、本発明にかかる物体計測装置の一実施例を示
す斜視図である。

第２図は、第１図実施例の一部を拡大して示す拡大部分
斜視図である。

第３図は、第１図実施例の一部を拡大して示す拡大部回
路図である。

まず本発明にかかる物体計測装置の一実施例について、
その構成を詳細に説明する。10 は、本発明にかかる物体計測装置の投光装置であっ
て、被計測領域を走査するための光を発生しており、一
次元すなわち線状に拡張されたスリット光を発生するス
リット光発生装置12と、前記スリット光の進行方向をそ
の拡張方向に直交する方向に向けて時間的に一定割合
（すなわち一定角速度２ωで変化せしめつつ被計測領域
を走査する走査する走査装置14とを包有している。

スリット光発生装置12は、たとえば気体レーザ光源，半
導体レーザ光源，発光ダイオード光源あるいはタングス
テンランプ光源などの適宜の光源121と、光源121によっ
て発生されたビーム光を一次元すなわち線状のスリット
光とする円筒レンズ122とを包有している。

光源121が気体レーザ光源である場合には、その発生す
るレーザ光がビーム光となっているので、円筒レンズ12
2に対してそのまま与えればよい。これに対し光源121が
半導体レーザ光源である場合には、その発生するレーザ
光が二次元すなわち面状に拡散されているので、球面レ
ンズ（図示せず）を用いてビーム光に収束せしめたの
ち、円筒レンズ122に対して与えればよい。また光源121
が発光ダイオード光源あるいはタングステンランプ光源
などである場合には、その発生する光がビーム光となっ
ていないので、適宜の手段によりビーム光に変えたの
ち、円筒レンズ122に対して与えればよい。

走査装置14は、たとえばスリット光を反射するためのミ
ラー141とスリット光の拡張方向に平行する回転軸につ
いてミラー141を定角速度ωで回転せしめるための回転
駆動装置142とを包有する回転ミラー装置によって構成
されている。走査装置14は、また所望により、スリット
光発生装置12を載置するためのテーブル（図示せず）
と、前記テーブルを一定角速度２ωで回転せしめるため
の回転駆動装置（図示せず）とによって構成されていて
もよい。20 は、本発明にかかる物体計測装置の被計測領域に配置
された被計測物体であって、投光装置10によって与えら
れたスリット光が照射されている。30 は、本発明にかかる物体計測装置の受光装置であっ
て、被計測物体20によって反射されたスリット光すなわ
ち反射スリット光を収束し被計測物体20の像すなわちス
リット光の反射点Ｐの像を結像せしめるための結像装置
31と、結像装置31によって結像された被計測物体20の像
すなわちスリット光の反射点Ｐの像を撮像するための撮
像装置32と、投光装置10に含まれた走査装置14の近傍に
配設されておりスリット光によって被計測領域が走査さ
れていることを検出する走査検出装置33とを包有してい
る。

結像装置31は、被計測領域すなわちスリット光による走
査領域を見込んでおり、反射スリット光を収束せしめる
収束レンズによって形成されている。

撮像装置32は、結像装置31によって反射スリット光を収
束せしめることにより結像された被計測物体20の像すな
わちスリット光の反射点Ｐの像を撮像するために適宜に
たとえば複数の列に分割して配設（たとえばマトリック
ス状に配列）された複数の光センサたとえば光トランジ
スタ（以下この場合について主として説明する）32
1₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，…，321₂₂，…，32
1_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnからなる第１の光セ
ンサ装置と、第１の光センサ装置に属する複数の光トラ
ンジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，…，32
1₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnの出力
端に対してそれぞれ１対１に接続された複数の比較増幅
回路322₁₁，322₁₂，…，322_1n；322₂₁，322₂₂，…，322
_2n；…；322_m1，322_m2，…，322_mnと、複数の比較増幅
回路322₁₁，322₁₂，…，322_1n；322₂₁，322₂₂，…，322
_2n；…；322_m1，322_m2，…，322_mnの出力端に対してト
リガ単がそれぞれ１対１に接続されておりトリガ端に対
して比較増幅回路322₁₁，322₁₂，…，322_1n；322₂₁，32
2₂₂，…，322_2n；…；322_m1，322_m2，…，322_mnからト
リガ信号が与えられたとき入力端に与えられている入力
信号の内容を記憶して保持するための複数の記憶装置32
3₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；
…；323_m1，323_m2，…，323_mnと、複数の記憶装置32
3₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；
…；323_m1，323_m2，…，323_mnの入力端に対して出力端
がそれぞれ各列を一群として１対１に接続された複数の
計数回路324₁，324₂，…，324_nと、複数の計数回路32
4₁，324₂，…，324_nのリセット端に対して出力端がそれ
ぞれ１対１に接続された複数の遅延回路325₁，325₂，
…，325_nと、複数の計数回路324₁，324₂，…，324_nの入
力端に対して出力端が接続されており一定周期のクロッ
クパルスを発生するクロックパルス発生回路326と、複
数の記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，32
3₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnの制御
端に対して複数の出力端がそれぞれ１対１に接続（適宜
上、単一の線で図示されている）されたデコーダ回路32
7とを包有している。ここにおいて、撮像装置32が第１
の光センサ装置の光トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，32
1_1n；321₂₁，…，321₂₂，…，321_2n；…；321_m1，32
1_m2，…，321_mnの複数の行に対応した複数の計数回路32
4₁，324₂，…，324_nと複数の遅延回路325₁，325₂，…，
325_nとを包有している理由は、第２の光センサ装置が光
を検出してから第１の光センサ装置が反射スリット光を
検出するまでの最小時間が第１の光センサ装置の光トラ
ンジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，…，32
1₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnの行ご
とに異なっているので、第１の光センサ装置の行ごとに
計数回路324₁，324₂，…，324_nの計数開始時刻を異なら
しめ、それにより反射スリット光を検出する可能性がな
い間は計数回路324₁，324₂，…，324_nを作動させずに各
計数回路324₁，324₂，…，324_nの作動時間を短縮するこ
とにある。

走査検出装置33は、ミラー141に対して対向されており
ミラー141によって反射されたスリット光を検出するた
めの光センサたとえば光トランジスタ（以下この場合に
ついて説明する）331からなる第２の光センサ装置と、
光トランジスタ331の出力端と撮像装置32の遅延回路325
₁，325₂，…，325_nの入力端との間に配置された比較増
幅回路332とを包有している。40 は、本発明にかかる物体計測装置のデータ処理装置で
あって、受光装置30中の複数の記憶装置323₁₁，323₁₂，
…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323
_m2，…，323_mnのうちから記憶装置を１つずつ選択して
指定するための読込信号SELを発生して受光装置30中の
デコーダ回路327に与えるための読込信号発生回路41
と、読込信号発生回路41の出力端および受光装置30中の
記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，
…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnの出力端に対
して接続されており記憶装置323₁₁，323₁₂，…，32
3_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，
…，323_mnからそこに保持された記憶内容すなわち結像
データIMGを読込信号SELの内容に応じて受け取り記憶す
るための記憶装置42と、記憶装置42に記憶された結像デ
ータIMGの内容から被計測物体20におけるスリット光の
反射点Ｐの位置を算出する演算回路43とを包有してい
る。データ処理装置40は、更に所望により、演算回路43
に接続されておりその演算結果すなわち被計測物体20に
おけるスリット光の反射点Ｐの位置を記憶するための他
の記憶装置44と、他の記憶装置44に接続されておりその
記憶内容を視認可能に表示するためのブラウン管などの
表示装置45と、他の記憶装置44に接続されておりその記
憶内容を記憶するためのフロッピーディスクなどの記憶
装置46とを包有している。

次に本発明にかかる物体計測装置の一実施例について、
その作用を詳細に説明する。

以下の説明を簡潔とし、かつ十分な理解をなすために、
最初に三次元座標系を導入する。

すなわち結像装置31の中心を原点Ｏとし、結像装置31す
なわち原点Ｏを通りかつミラー141の回転軸に平行する
ようにＺ軸をとり、結像装置31すなわち原点Ｏとミラー
141の回転軸受Ｍとを結ぶ線分OMすなわち基線（その長
さをａとする）上にのりかつＺ軸に直交するようにＸ軸
をとり、かつ結像装置31すなわち原点Ｏを通りかつＸ軸
およびＺ軸に直交するようにＹ軸をとる。更にスリット
光とＸ軸とのなす角すなわち走査角をαとし、スリット
光を反射した被計測物体上の点すなわち反射点Ｐを座標
（X,Y,Z）とする。加えて原点Ｏを通る反射スリット光
が、XY平面においてＹ軸となす角をβ_ｘとし、かつYZ平
面においてＹ軸となす角β_ｚとする。反射点Ｐ（X,Y,
Z）において反射され結像装置31の中心すなわち原点Ｏ
を通過した反射スリット光が、結像装置31から距離ｆだ
け離間された撮像面すなわち光トランジスタ321₁₁，321
₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；32
1_m1，321_m2，…，321_mn上に結像された点（すなわち反
射点Ｐの像）Ｑの座標を（x,y,z）とする。反射点Ｐ
（X,Y,Z）のX,Y,Z軸上における投影点をそれぞれR,S,T
とし、かつＸ軸上におけるミラー141の回転軸の位置を
Ｍとする。

このとき第１図から明らかなように OM＝OR＋RM の関係が成立するので、 ａ＝Ytanβ_ｘ＋Ycotα が成立し、これを整理して Ｙ＝ａ［tanβ_ｘ＋cotα］^−１ の関係を求め得る。ここで、tanβ_ｘ＝Ｘf^-1であるの
で、 Ｙ＝af［ｘ＋fcotα］^−１ …（１） と表現できる。

また OR＝OStanβ_ｘ の関係が成立するので、 Ｘ＝Ytanβ_ｘ の関係を求め得る。ここでtanβ_ｘ＝ｘf^-1であるので、 Ｘ＝ax［ｘ＋fcotα］^−１ …（２） と表現できる。

同様に OT＝OStanβ_ｚ の関係が成立するので、 Ｚ＝Ytanβ_ｚ の関係を求め得る。ここでtanβ_ｚ＝ｚ^-1であるので、 Ｚ＝az［ｘ＋fconα］^−１ …（３） と表現できる。

加えて走査角αが、XY平面における走査検出装置33とミ
ラー141とを結ぶ線分とＸ軸とのなす角度すなわち基準
走査角α_Ｏとミラー141の一定角速度ωと時間t,t^*とに
よって α＝２ω（ｔ＋t^*）＋α_Ｏ …（４） と表現できる。

ここで時間^*は、ミラ141によって反射されたスリット光
が走査検出装置33によって検出された時刻すなわち基準
時刻（たとえば“0"）から、光トランジスタ321₁₁，321
₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；32
1_m1，321_m2，…，321_mnの各列に対して反射スリット光
が結像装置31により結像される時刻までに所要の最小時
間であって、光トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，32
1_1n；321₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，
…，321_mnの各列に対してそれぞれ結像される被計測領
域内の反射点のうち結像装置31すなわち原点Ｏに最も近
いもの（すなわち“基準反射点”）に対応しており、光
トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，32
1₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnに対す
る遅延回路325₁，325₂，…，325_nの遅延時間t^* ₁，t^* ₂，
…，t^* _nと一致している。また時間ｔは、光トランジス
タ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，32
1_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnの各列に対して結像
される反射スリット光の反射点と基準反射点との間の距
離に対応する時間であって、反射スリット光が基準反射
点で反射されるとき“0"とされている。

被計測物体の計測に際して、まず受光装置30に含まれた
複数の記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323
₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnの記憶内
容が除去される。

投光装置10のスリット光発生装置12によってスリット光
が作成されている。すなわち光源121の発生したビーム
光を円筒レンズ122によってスリット光に変えている。
スリット光は、走査装置14のミラー141に照射されてい
る。このとき、ミラー141が回転駆動装置142により一定
角速度ωで回転されているので、スリット光は、ミラー
141によって反射されたのち、被計測領域に向けてそこ
を一定の回転速度すなわち一定の回転角速度２ωで走査
するように送出される。

スリット光は、被計測領域にある被計測物体20を線状に
照射している。このときスリット光の進行方向が走査装
置14によって一定角速度２ωで変化せしめられているの
で、スリット光の照射されている被計測物体20の領域
は、それに応じて移動している。したがって被計測物体
20によるスリット光の反射点Ｐ（X,Y,Z）の位置が、変
化している。

被計測物体20によって反射されたスリット光すなわち反
射スリット光は、受光装置30の結像装置31によって収束
され、撮像装置32の撮像面すなわち複数の光トランジス
タ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，32
1_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mn上で結像されてい
る。反射スリット光の結像位置Ｑ（x,y,z）は、スリッ
ト光による被計測領域の走査に応じて複数の光トランジ
スタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，321
_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnのたとえば列方向に
序々に移動している。反射スリット光が結像されると、
光トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321
₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnは、それ
ぞれ導通し、その結像された反射スリット光の光量に応
じた電流I₁₁，I₁₂，…，I_1n；I₂₁，I₂₂，…，I_2n，…；
I_m1，I_m2，…，I_mnを発生する。電流I₁₁，I₁₂，…，
I_1n；I₂₁，I₂₂，…，I_2n，…；I_m1，I_m2，…，I_mnは、
それぞれ光トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321
₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mn
に対して１対１に付設された比較増幅回路322₁₁，32
2₁₂，…，322_1n；322₂₁，322₂₂，…，322_2n；…；32
2_m1，322_m2，…，322_mnによって所望に応じて増幅され
かつ基準値と比較されたのち、トリガ信号SI₁₁，SI₁₂，
…，SI_1n；SI₂₁，SI₂₂，…，SI_2n，…；SI_m1，SI_m2，
…，SI_mnとしてそれぞれ記憶装置323₁₁，323₁₂，…，32
3_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，
…，323_mnに与えられる。

ここで走査検出装置33の光トランジスタ331は、走査装
置14のミラー141によって反射されたスリット光が照射
されたとき、導通されてそのスリット光の光量に応じた
電流Ｉを発生する。電流Ｉは、光トランジスタ331に付
設された比較増幅回路332によって所望に応じて増幅さ
れかつ基準値と比較されたのち、走査基準信号S1として
撮像装置32の遅延回路325₁，325₂，…，325_nに与えられ
る。

遅延回路325₁，325₂，…，325_nは、スリット光による被
計測領域の走査すなわち一定角速度２ωに応じ走査基準
信号S1を、それぞれ遅延時間t^* ₁，t^* ₂，…，t^* _nだけ遅
延せしめ、リセット信号SR₁，SR₂，…，SR_nとして計数
回路324₁，324₂，…，324_nに与えている。計数回路32
4₁，324₂，…，324_nは、リセット信号SR₁，SR₂，…，SR
_nが与えられると、そのときの計数内容がリセットされ
計数開始時刻が調節されたのち、再びクロックパルス発
生回路326から与えられたクロックパルスCLPの数を計数
し始める。計数回路324₁，324₂，…，324_nの計数内容
は、リセット信号SR₁，SR₂，…，SR_nによってリセット
されたときに最小値（たとえば“0"）とされており、ク
ロックパルスCLPが到来するごとに１ずつ増加せしめら
れ、最大値（たとえば“255"）となるまで増加せしめら
れる。

計数回路324₁，324₂，…，324_nの計数内容は、それぞれ
記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，
…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnの各列に与え
られている。記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；32
3₂₁，323₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mn
は、トリガ信号SI₁₁，SI₁₂，…，SI_1n；SI₂₁，SI₂₂，
…，SI_2n；…；SI_m1，SI_m2，…，SI_mnが与えられたとき
に計数回路324₁，324₂，…，324_nから与えられているそ
の計数内容を記憶し保持する。このときの記憶装置323
₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；
…；323_m1，323_m2，…，323_mnの記憶内容を、t₁₁，
t₁₂，…，t_1n；t₂₁，t₂₂，…，t_2n；…；t_m1，t_m2，
…，t_mnとする。

データ処理装置40は、読込信号発生回路14から読込信号
SELを発生し、受光装置30中のデコーダ回路327に与えて
いる。デコーダ回路327は、読込信号SELをデコードすな
わち解読したのち、読込選択信号として複数の記憶装置
323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，323_2n；
…；323_m1，323_m2，…，323_mnに与えている。これに応
じて複数の記憶装置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，
323₂₂，…，323_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnは、
その記憶内容t₁₁，t₁₂，…，t_1n；t₂₁，t₂₂，…，t_2n；
…；t_m1，t_m2，…，t_mnを結像データIMGとして順次、デ
ータ処理装置40の記憶装置42に向けて出力する。

記憶装置42は、受光装置30から与えられた結像データIM
Gすなわち記憶内容t₁₁，t₁₂，…，t_1n；t₂₁，t₂₂，…，
t_2n；…；t_m1，t_m2，…，t_mnを記憶し保持する。記憶装
置42に記憶された結像データIMGは、物体の計測に先だ
って記憶装置42に記憶された遅延回路325₁，325₂，…，
325_nの遅延時間t₁ ^*，t₂ ^*，…，t_n ^*とともに、演算回路4
3に与えられており、そこで被計測物体20におけるスリ
ット光の反射点Ｐの位置（X,Y,Z）を算出するために供
される。

すなわち演算回路43は、光トランジスタ321₁₁，321₁₂，
…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321
_m2，…，321_mnについて、それぞれ上記（４）式により の如く、走査角αを算出する。この走査角αすなわちα
₁₁，α₁₂，…，α_1n；α₂₁，α₂₂，…，α_2n，…；
α_m1，α_m2，…，α_mnを上記（１）〜（３）式に代入す
ることにより、光トランジスタ321₁₁，321₁₂，…，321
_1n；321₂₁，321₂₂，…，321_2n；…；321_m1，321_m2，
…，321_mnに対応する反射点Ｐの位置（X,Y,Z）すなわち
反射点P₁₁，P₁₂，…，P_1n；P₂₁，P₂₂，…，P_2n；…，P
_m1，P_m2，…，P_mnの位置（X₁₁，Y₁₁，Z₁₁），（X₁₂，Y
₁₂，Z₁₂），…，（X_1n，Y_1n，Z_1n）；（X₂₁，Y₂₁，
Z₂₁），（X₂₂，Y₂₂，Z₂₂），…，（X_2n，Y_2n，Z_2n）；
…；（X_m1，Y_m1，Z_m1），（X_m2，Y_m2，Z_m2），…，（X
_mn，Y_mn，Z_mn）を算出する。

演算回路43の演算結果すなわち被計測物体20におけるス
リット光の反射点Ｐの位置（X,Y,Z）の算出結果は、他
の記憶装置44に与えられて記憶され保持される。記憶装
置44の記憶内容は、所望により、表示装置45により視認
可能に表示され、また記憶装置46により記憶される。こ
のように、本発明では、第１の光センサ装置の光トラン
ジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，…，3
21_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnの複数の行に対し
てそれぞれ配設された複数の遅延回路325₁，325₂，…，
325_nによってその複数の遅延回路325₁，325₂，…，325_n
に１対１で対応する複数の計数装置324₁，324₂，…，32
4_nの計数開始時刻がそれぞれ調節されているので、光ト
ランジスタ321₁₁，321₁₂，…，321_1n；321₂₁，321₂₂，
…，321_2n；…；321_m1，321_m2，…，321_mnの行ごとに反
射スリット光を検出する可能性がある間のみ計数装置32
4₁，324₂，…，324_nを作動させることができ、結果とし
て計数装置324₁，324₂，…，324_nのビット数を拡大する
ことなく計数速度を上げて時間分解能を高めることがで
きる。すなわち、本発明では、（ｉ）計数装置324₁，32
4₂，…，324_nのビット数ならびに第１の光センサ装置に
属する複数の光センサに対し１対１で付設された記憶装
置323₁₁，323₁₂，…，323_1n；323₂₁，323₂₂，…，32
3_2n；…；323_m1，323_m2，…，323_mnのビット数を拡大す
ることなく高精度の物体計測を達成でき、また（ii）分
解能の低下を回避しつつ死角を削減できる。

なお上述においては、第１の光センサ装置に属する光セ
ンサの列に対してそれぞれ遅延回路および計数回路が配
設されているが、本発明は、これに限定されるものでは
なく、第１の光センサ装置に属する光センサの列のうち
互いに接近した複数の列（たとえば互いに隣り相う奇数
番目の列と偶数番目の列と）に対してそれぞれ共通に遅
延回路および計数回路を配設する場合も包摂している。
これにより本発明は、遅延回路および計数回路の総数を
削減できる。ちなみにこの場合の具体的な構成および作
用は、上述より殆ど自明であるので、その詳細な説明は
省略する。

また上述においては、撮像装置32がマトリックス状に配
列された複数の光センサによって形成される場合につい
て主として説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、所望の形状（たとえば曲線状）に複数の光
センサを配列して撮像装置を形成する場合も包摂してい
る。

更に投光装置10がスリット光を発生しているが、本発明
は、これに限定されるものではなく、たとえば投光装置
によって発生される光の強度を確保したい場合などのた
めに、投光装置がビーム光を発生する場合も包摂してい
る。この場合には、撮像装置の光センサを１行に配列し
てもよかろう。

加えて撮像装置32がマトリックス状に配列されておりそ
の各列に対して遅延回路および計数回路を配設する場合
について説明したが、本発明は、これに限定されるもの
ではなく、撮像装置がマトリックス状に配列されており
その各行に対して遅延回路および計数回路を配設する場
合も包摂している。遅延回路および計数回路を列に対し
て配列するか行に対して配列するかは、投光装置による
被計測領域の走査方向との関連において決定されるもの
であるが、列に対する上記の説明から殆ど明らかである
ので、その詳細な説明は省略する。

（３）発明の効果 上述より明らかなように本発明にかかる物体計測装置
は、 （ａ）被計測領域を走査するための光を発生する投光装
置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像さた反射点の像によっ
て動作せしめられ、かつ複数の列もしくは行に分割して
配設された複数の光センサからなる第１の光センサ装置
と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するための発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行に対してそれぞれ配設されており、前記第２の
光センサ装置の光検知によって発生された走査信号を前
記第１の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行
にそれぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路
と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行に対してそれぞれ配設されかつリセット端が前
記遅延回路に対してそれぞれ接続されており、リセット
ののち入力端に与えられたクロックパルスの数を計数す
る複数の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置と を備えてなるので、 （ｉ）計数装置のビット数ならびに第１の光センサ装置
に属する複数の光センサに対し１対１で付設された記憶
装置のビット数を拡大することなく高精度の物体計測を
達成できる効果 を有し、また （ii）分解能の低下を回避しつつ死角を削減できる効果 を有する。

また本発明にかかる他の物体計測装置は、 （ａ）被計測領域を走査するための光を発生する投光装
置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像さた反射点の像によっ
て動作せしめられかつ複数の列もしくは行に分割して配
設された複数の光センサからなる第１の光センサ装置
と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
してそれぞれ共通に配設されており、前記第２の光セン
サ装置の光検知によって発生された走査信号を前記第１
の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行にそれ
ぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
してそれぞれ共通に配設されかつリセット端が前記遅延
回路に対してそれぞれ接続されており、リセットののち
入力端に与えられたクロックパルスの数を計数する複数
の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置と を備えてなるので、上記（ｉ）および（ii）の効果に加
え （iii）遅延回路ならびに計数回路の総数を削減できる
効果 を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる物体計測装置の一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図実施例の一部を拡大して示す拡
大部分斜視図、第３図は第１図実施例の一部を拡大して
示す拡大部分回路図である。10 ……投光装置 12……スリット光発生装置 121……光源 122……円筒レンズ 14……走査装置 141……ミラー 142……回転駆動装置20 ……被計測物体30 ……受光装置 31……結像装置 32……撮像装置 321₁₁〜321_mn……光トランジスタ 322₁₁〜322_mn……比較増幅回路 323₁₁〜323_mn……記憶装置 324₁₁〜324_mn……計数回路 325₁₁〜325_mn……遅延回路 326……クロックパルス発生回路 327……デコーダ回路 33……走査検出装置 331……光トランジスタ 332……比較増幅回路40 ……データ処理装置 41……読込信号発生回路 42……記憶装置 43……演算回路 44……記憶装置 45……表示装置 46……記憶装置

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）被計測領域を走査するための光を発
   生する投光装置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
   に配置された被計測物体によって反射されることにより
   得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
   反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
   って動作せしめられ、かつ複数の列もしくは行に分割し
   て配設された複数の光センサからなる第１の光センサ装
   置と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
   された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
   と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
   しくは行に対してそれぞれ配設されており、前記第２の
   光センサ装置の光検知によって発生された走査信号を前
   記第１の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行
   にそれぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路
   と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
   しくは行に対してそれぞれ配設されかつリセット端が前
   記遅延回路に対してそれぞれ接続されており、リセット
   ののち入力端に与えられたクロックパルスの数を計数す
   る複数の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
   て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
   属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
   力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
   置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
   角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置と を備えてなることを特徴とする物体計測装置。
2. 【請求項２】投光装置によって発生される光が、ビーム
   光でなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の物体計測装置。
3. 【請求項３】投光装置によって発生される光が、スリッ
   ト光でなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の物体計測装置。
4. 【請求項４】投光装置が、スリット光を発生するスリッ
   ト光発生装置と、前記スリット光の進行方向を一定速度
   で変化せしめて被計測領域を走査する走査装置とを包有
   してなることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記
   載の物体計測装置。
5. 【請求項５】走査装置が、スリット光発生装置の発生し
   たスリット光を反射するためのミラーと、前記ミラーを
   回転せしめる回転装置とを包有してなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（４）項記載の物体計測装置。
6. 【請求項６】スリット光発生装置が、気体レーザ光源と
   前記気体レーザ光源によって発生されたレーザ光からス
   リット光を生成するための円筒レンズとによって形成さ
   れてなることを特徴とする特許請求の範囲第（４）項も
   しくは第（５）項記載の物体計測装置。
7. 【請求項７】スリット光発生装置が、半導体レーザ光源
   と、前記半導体レーザ光源によって発生されたレーザ光
   を収束してビーム光を生成するための球面レンズと、前
   記ビーム光からスリット光を生成するための円筒レンズ
   とによって形成されてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第（４）項もしくは第（５）項記載の物体計測装
   置。
8. 【請求項８】第1,第２の光センサ装置が、光トランジス
   タで形成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項ないし第（７）項のいずれか一項記載の物体計
   測装置。
9. 【請求項９】（ａ）被計測領域を走査するための光を発
   生する投光装置と、 （ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
   に配置された被計測物体によって反射されることにより
   得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
   反射点の像を結像せしめる結像装置と、 （ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
   って動作せしめられかつ複数の列もしくは行に分割して
   配設された複数の光センサからなる第１の光センサ装置
   と、 （ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
   された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
   と、 （ｅ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
   しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
   してそれぞれ共通に配設されており、前記第２の光セン
   サ装置の光検知によって発生された走査信号を前記第１
   の光センサ装置に属する光センサの列もしくは行にそれ
   ぞれ対応して遅延せしめるための複数の遅延回路と、 （ｆ）前記第１の光センサ装置に属する光センサの列も
   しくは行のうち互いに接近した複数の列もしくは行に対
   してそれぞれ共通に配設されかつリセット端が前記遅延
   回路に対してそれぞれ接続されており、リセットののち
   入力端に与えられたクロックパルスの数を計数する複数
   の計数回路と、 （ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサに対し
   て１対１で付設されており、前記第１の光センサ装置に
   属する光センサが動作されたときに前記計数回路から入
   力されている計数内容を記憶する複数の記憶装置と、 （ｈ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
   置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
   角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置と を備えてなることを特徴とする物体計測装置。
10. 【請求項１０】投光装置によって発生される光が、ビー
    ム光でなることを特徴とする特許請求の範囲第（９）項
    記載の物体計測装置。
11. 【請求項１１】投光装置によって発生される光が、スリ
    ット光でなることを特徴とする特許請求の範囲第（９）
    項記載の物体計測装置。
12. 【請求項１２】投光装置が、スリット光を発生するスリ
    ット光発生装置と、前記スリット光の進行方向を一定速
    度で変化せしめて被計測領域を走査する走査装置とを包
    有してなることを特徴とする特許請求の範囲第（11）項
    記載の物体計測装置。
13. 【請求項１３】走査装置が、スリット光発生装置の発生
    したスリット光を反射するためのミラーと、前記ミラー
    を回転せしめる回転装置とを包有してなることを特徴と
    する特許請求の範囲第（12）項記載の物体計測装置。
14. 【請求項１４】スリット光発生装置が、気体レーザ光源
    と前記気体レーザ光源によって発生されたレーザ光から
    スリット光を生成するための円筒レンズとによって形成
    されてなることを特徴とする特許請求の範囲第（12）項
    もしくは第（13）項記載の物体計測装置。
15. 【請求項１５】スリット光発生装置が、半導体レーザ光
    源と、前記半導体レーザ光源によって発生されたレーザ
    光を収束してビーム光を生成するための球面レンズと、
    前記ビーム光からスリット光を生成するための円筒レン
    ズとによって形成されてなることを特徴とする特許請求
    の範囲第（12）項もしくは第（13）項記載の物体計測装
    置。
16. 【請求項１６】第1,第２の光センサ装置が、光トランジ
    スタで形成されてなることを特徴とする特許請求の範囲
    第（９）項ないし第（15）項のいずれか一項記載の物体
    計測装置。