JPH11118419A - 変位計及び三次元形状測定器 - Google Patents
変位計及び三次元形状測定器Info
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- JPH11118419A JPH11118419A JP27911197A JP27911197A JPH11118419A JP H11118419 A JPH11118419 A JP H11118419A JP 27911197 A JP27911197 A JP 27911197A JP 27911197 A JP27911197 A JP 27911197A JP H11118419 A JPH11118419 A JP H11118419A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 正反射型と乱反射型を自在に切換えることが
できる変位計を提供すると共に、このような変位計を用
いて構造の簡単な三次元形状測定器を提供する。 【解決手段】 凸レンズ２３の中心を投光軸Ｈ２１上に
移動すると、投光部２１から出射されたレーザ光が凸レ
ンズ２３を通って被測定物１の測定面に照射され、この
反射光が該凸レンズ２３で屈折されて受光部２２に受光
され、乱反射型の変位計として動作する。凸レンズ２３
の中心を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心線上に
移動すると、投光部２１から出射されたレーザ光が凸レ
ンズ２３で屈折されて被測定物１の測定面に照射され、
この反射光が該凸レンズ２３で屈折されて受光部２２で
受光され、正反射型の変位計として動作する。凸レンズ
２３を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方
向の二次元面上を移動させれば、被測定物１の三次元形
状の測定が行える。
できる変位計を提供すると共に、このような変位計を用
いて構造の簡単な三次元形状測定器を提供する。 【解決手段】 凸レンズ２３の中心を投光軸Ｈ２１上に
移動すると、投光部２１から出射されたレーザ光が凸レ
ンズ２３を通って被測定物１の測定面に照射され、この
反射光が該凸レンズ２３で屈折されて受光部２２に受光
され、乱反射型の変位計として動作する。凸レンズ２３
の中心を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心線上に
移動すると、投光部２１から出射されたレーザ光が凸レ
ンズ２３で屈折されて被測定物１の測定面に照射され、
この反射光が該凸レンズ２３で屈折されて受光部２２で
受光され、正反射型の変位計として動作する。凸レンズ
２３を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方
向の二次元面上を移動させれば、被測定物１の三次元形
状の測定が行える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三角測量方式を用
いて被測定物の測定面の変位（距離）を測定するレーザ
変位計等の変位計と、この変位計の光軸を二次元的（平
面的）にスキャンさせて被測定物の測定面の三次元形状
を測定する三次元形状測定器に関するものである。
いて被測定物の測定面の変位（距離）を測定するレーザ
変位計等の変位計と、この変位計の光軸を二次元的（平
面的）にスキャンさせて被測定物の測定面の三次元形状
を測定する三次元形状測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の変位計の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献：「センサデバイス・計測器ハンドブック‘９２」
センサ技術１９９２年６月臨時増刊号、情報調査会発
行、Ｐ．８３−８５ 前記文献に記載されているように、三角測量方式の変位
計のうち、例えば、レーザ変位計は、レーザ光を被測定
物に投射し、この被測定物からの反射光を斜め方向から
観察する時、被測定物と変位計との距離（変位）により
反射光の角度が変化することから、被測定物の変位を計
測する測定器である。レーザ変位計は、レーザ光を被測
定物に投射する投光部と、該被測定物の反射光の受光位
置を検出する受光部とを、有するセンサ部を備え、この
センサ部に回路部が接続されている。回路部は、センサ
部に対して電源電力を供給したり、該センサ部内の受光
部の出力信号から被測定物の変位量を求める等の機能を
有している。レーザ変位計には、このセンサ部を構成す
る投光部と受光部の配置により、正反射型と乱反射型
（これは垂直型ともいわれる）がある。
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献：「センサデバイス・計測器ハンドブック‘９２」
センサ技術１９９２年６月臨時増刊号、情報調査会発
行、Ｐ．８３−８５ 前記文献に記載されているように、三角測量方式の変位
計のうち、例えば、レーザ変位計は、レーザ光を被測定
物に投射し、この被測定物からの反射光を斜め方向から
観察する時、被測定物と変位計との距離（変位）により
反射光の角度が変化することから、被測定物の変位を計
測する測定器である。レーザ変位計は、レーザ光を被測
定物に投射する投光部と、該被測定物の反射光の受光位
置を検出する受光部とを、有するセンサ部を備え、この
センサ部に回路部が接続されている。回路部は、センサ
部に対して電源電力を供給したり、該センサ部内の受光
部の出力信号から被測定物の変位量を求める等の機能を
有している。レーザ変位計には、このセンサ部を構成す
る投光部と受光部の配置により、正反射型と乱反射型
（これは垂直型ともいわれる）がある。
【０００３】図２は、前記文献に記載された従来の乱反
射型変位計のセンサ部を示す概略の構造図である。乱反
射型変位計のセンサ部１０は、レーザ光を投光軸Ｈ１１
に沿って被測定物１の測定面へ投射する投光部１１と、
該測定物１の測定面で反射し受光軸Ｈ１２に沿って送ら
れてくる反射光の受光位置を検出する受光部１２とを備
えている。投光部１１は、レーザ光を発生するレーザダ
イオード等の光源と、該レーザ光を被測定物１に向けて
投射する集光レンズとで構成されている。受光部１２
は、受光軸Ｈ１２上の反射光を集光する受光レンズ１２
ａと、この受光レンズ１２ａで集光した反射光を受光し
て受光位置を検出する受光素子１２ｂとで構成されてい
る。受光素子１２ｂは、例えば、ディジタルラインセン
サであるＣＣＤ（Chargecoupled Device ）ラインセン
サで構成されている。
射型変位計のセンサ部を示す概略の構造図である。乱反
射型変位計のセンサ部１０は、レーザ光を投光軸Ｈ１１
に沿って被測定物１の測定面へ投射する投光部１１と、
該測定物１の測定面で反射し受光軸Ｈ１２に沿って送ら
れてくる反射光の受光位置を検出する受光部１２とを備
えている。投光部１１は、レーザ光を発生するレーザダ
イオード等の光源と、該レーザ光を被測定物１に向けて
投射する集光レンズとで構成されている。受光部１２
は、受光軸Ｈ１２上の反射光を集光する受光レンズ１２
ａと、この受光レンズ１２ａで集光した反射光を受光し
て受光位置を検出する受光素子１２ｂとで構成されてい
る。受光素子１２ｂは、例えば、ディジタルラインセン
サであるＣＣＤ（Chargecoupled Device ）ラインセン
サで構成されている。
【０００４】この乱反射型変位計では、被測定物１に対
して投光軸Ｈ１１が垂直に設定され（即ち、投光軸Ｈ１
１がセンサ部１０の軸Ｈ１０上におかれ）、受光軸Ｈ１
２がある角度傾けて設定されている。そして、投光部１
１から投射したレーザ光で被測定物１の測定面を照射
し、この反射光を受光軸Ｈ１２上の受光レンズ１２ａに
よって受光素子１２ｂ上へ集光する。ここで、反射光の
軸は、被測定物１の測定面の変位により、受光レンズ１
２ａを中心として角度変化するため、受光素子１２ｂ上
の受光位置が変位することにより変化する。受光素子１
２ｂは、受光位置によって異なる電圧を出力するため
に、これを回路部によって変位量に換算する。
して投光軸Ｈ１１が垂直に設定され（即ち、投光軸Ｈ１
１がセンサ部１０の軸Ｈ１０上におかれ）、受光軸Ｈ１
２がある角度傾けて設定されている。そして、投光部１
１から投射したレーザ光で被測定物１の測定面を照射
し、この反射光を受光軸Ｈ１２上の受光レンズ１２ａに
よって受光素子１２ｂ上へ集光する。ここで、反射光の
軸は、被測定物１の測定面の変位により、受光レンズ１
２ａを中心として角度変化するため、受光素子１２ｂ上
の受光位置が変位することにより変化する。受光素子１
２ｂは、受光位置によって異なる電圧を出力するため
に、これを回路部によって変位量に換算する。
【０００５】例えば、投光部１１から被測定物１の測定
面にレーザ光が照射されると、この照射部分が輝度（ス
ポット）となり、その点で反射する。被測定物１がセン
サ部１０から最も遠い位置１−３にあるときのスポット
をｓ３とすると、このスポットｓ３での反射光が受光レ
ンズ１２ａで集光され、受光素子１２ｂの点ｎ３に結像
される。被測定物１がセンサ部１０に近づくにつれ、そ
の位置が１−３→１−２→１−１と変化し、スポットも
ｓ３→ｓ２→ｓ１と移動する。これと同時に、受光素子
１２ｂ上の結像点の位置もｎ３→ｎ２→ｎ１と移動し、
被測定物１の測定面の変位量Ｗが受光素子１２ｂ上の位
置ｎ３〜ｎ１の変位量ｗに置き換えられる。受光素子１
２ｂを構成するＣＣＤラインセンサは、多数の半導体光
検出素子を直線上に並べた構造であり、結像点（即ち、
光の照射された点）の光検出素子から信号を取出せる。
この取出した信号を回路部で処理し、その部分の番地を
読出すことにより、被測定物１の変位を測定できること
になる。この種の乱反射型変位計では、被測定物１の平
面の上のある一点の上下変化を測定できるが、表面が乱
反射する物でないと測定できないという特性がある。
面にレーザ光が照射されると、この照射部分が輝度（ス
ポット）となり、その点で反射する。被測定物１がセン
サ部１０から最も遠い位置１−３にあるときのスポット
をｓ３とすると、このスポットｓ３での反射光が受光レ
ンズ１２ａで集光され、受光素子１２ｂの点ｎ３に結像
される。被測定物１がセンサ部１０に近づくにつれ、そ
の位置が１−３→１−２→１−１と変化し、スポットも
ｓ３→ｓ２→ｓ１と移動する。これと同時に、受光素子
１２ｂ上の結像点の位置もｎ３→ｎ２→ｎ１と移動し、
被測定物１の測定面の変位量Ｗが受光素子１２ｂ上の位
置ｎ３〜ｎ１の変位量ｗに置き換えられる。受光素子１
２ｂを構成するＣＣＤラインセンサは、多数の半導体光
検出素子を直線上に並べた構造であり、結像点（即ち、
光の照射された点）の光検出素子から信号を取出せる。
この取出した信号を回路部で処理し、その部分の番地を
読出すことにより、被測定物１の変位を測定できること
になる。この種の乱反射型変位計では、被測定物１の平
面の上のある一点の上下変化を測定できるが、表面が乱
反射する物でないと測定できないという特性がある。
【０００６】図３は、前記文献に記載された従来の正反
射型変位計のセンサ部を示す概略の構造図であり、図２
中の要素と共通する要素には共通の符号が付されてい
る。正反射型変位計のセンサ部１０Ａでは、このセンサ
部１０Ａの軸Ｈ１０Ａに対して投光部１１の投光軸Ｈ１
１と受光部１２の受光軸Ｈ１２とが同一角度で傾けて設
定されている。この正反射型変位計でも、図２の乱反射
型変位計と同様の動作原理によって被測定物１の変位量
を測定できる。正反射型では、被測定物１が位置１−１
〜１−３のように上下に変化した場合、平面上の測定点
が移動するので、ある一点での変化は測定できないが
（即ち、ある面積内の変化となるが）、原理的にはどの
ような被測定物１でも測定可能である。
射型変位計のセンサ部を示す概略の構造図であり、図２
中の要素と共通する要素には共通の符号が付されてい
る。正反射型変位計のセンサ部１０Ａでは、このセンサ
部１０Ａの軸Ｈ１０Ａに対して投光部１１の投光軸Ｈ１
１と受光部１２の受光軸Ｈ１２とが同一角度で傾けて設
定されている。この正反射型変位計でも、図２の乱反射
型変位計と同様の動作原理によって被測定物１の変位量
を測定できる。正反射型では、被測定物１が位置１−１
〜１−３のように上下に変化した場合、平面上の測定点
が移動するので、ある一点での変化は測定できないが
（即ち、ある面積内の変化となるが）、原理的にはどの
ような被測定物１でも測定可能である。
【０００７】図２または図３の変位計を使用して被測定
物１の三次元形状を測定するための三次元形状測定器
は、従来、次の（ａ），（ｂ）のような２つの構成例が
一般的に採用されている。 （ａ） 図２あるいは図３の変位計のセンサ部１０，１
０Ａを二次元的（平面的）に移動させ、この移動位置に
よる変位を計測して被測定物１の三次元形状を測定す
る。 （ｂ） 図４は、図２あるいは図３の変位計を用いて構
成した従来の三次元形状測定器のセンサユニットを示す
概略の構造図である。三次元形状測定器のセンサユニッ
トは、投光部１１及び受光部１２と、該投光部１１の投
光軸Ｈ１１と受光部１２の受光軸Ｈ１２とに跨がるよう
に配置されたミラー１３とで構成されている。そして、
被測定物１の測定面（即ち、スキャン範囲）に対して、
ミラー１３を振ることによる投光軸Ｈ１１及び受光軸Ｈ
１２の変化でＸ軸方向（ミラースキャン方向）の一次元
分、残る一次元分は該ミラー１３、投光部１１及び受光
部１２からなるセンサユニット全体をＹ軸方向（ユニッ
ト移動方向）に移動させることにより、被測定物１の測
定面を二次元的にスキャンし、該被測定物１の測定面の
三次元形状を測定するようにしている。
物１の三次元形状を測定するための三次元形状測定器
は、従来、次の（ａ），（ｂ）のような２つの構成例が
一般的に採用されている。 （ａ） 図２あるいは図３の変位計のセンサ部１０，１
０Ａを二次元的（平面的）に移動させ、この移動位置に
よる変位を計測して被測定物１の三次元形状を測定す
る。 （ｂ） 図４は、図２あるいは図３の変位計を用いて構
成した従来の三次元形状測定器のセンサユニットを示す
概略の構造図である。三次元形状測定器のセンサユニッ
トは、投光部１１及び受光部１２と、該投光部１１の投
光軸Ｈ１１と受光部１２の受光軸Ｈ１２とに跨がるよう
に配置されたミラー１３とで構成されている。そして、
被測定物１の測定面（即ち、スキャン範囲）に対して、
ミラー１３を振ることによる投光軸Ｈ１１及び受光軸Ｈ
１２の変化でＸ軸方向（ミラースキャン方向）の一次元
分、残る一次元分は該ミラー１３、投光部１１及び受光
部１２からなるセンサユニット全体をＹ軸方向（ユニッ
ト移動方向）に移動させることにより、被測定物１の測
定面を二次元的にスキャンし、該被測定物１の測定面の
三次元形状を測定するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
変位計及びこれを用いた三次元形状測定器では、次の
（ｉ），（ii）のような課題があった。 （ｉ） 変位計の課題 被測定物１の測定面が変位計のセンサ部１０，１０Ａの
軸Ｈ１０，Ｈ１０Ａと垂直のとき、図３の正反射型変位
計では、被測定物１の測定面への光の入射角と反射角が
ほぼ同一になるので、原理的にはどのような被測定物１
でも反射光が得られ、変位測定が可能である。これに対
し、図２の乱反射型変位計では、被測定物１の測定面に
対する入射角と反射角が異なるため、該測定面で入射し
た光がある程度乱反射しないと反射光が得られず、変位
測定ができない。ところが、実際の変位計では、変位量
を受光位置差として検出する受光位置検出用の受光素子
１２ｂが、特性上、反射光が強すぎても、あるいは弱す
ぎても受光位置を検出できない。例えば、正反射型で反
射光が強すぎる場合や、乱反射型で反射光が弱すぎる場
合、被測定物１の変位の測定ができない。そのため、通
常、変位計では被測定物１の測定面の光の反射特性によ
り、反射型と乱反射型を使いわける必要があり、使用
上、不利不便である。 （ii） 三次元形状測定器の課題 従来の変位計を用いた三次元形状測定器では、前記
（ａ），（ｂ）のいずれの構成でも、センサユニットを
移動させなければならないため、移動部が大型化してし
まうことや、高速スキャンが難しい等の課題がある。本
発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、正反
射型と乱反射型を自在に切換えることができる変位計を
提供すると共に、このような変位計を用いて構造の簡単
な三次元形状測定器を提供することを目的とする。
変位計及びこれを用いた三次元形状測定器では、次の
（ｉ），（ii）のような課題があった。 （ｉ） 変位計の課題 被測定物１の測定面が変位計のセンサ部１０，１０Ａの
軸Ｈ１０，Ｈ１０Ａと垂直のとき、図３の正反射型変位
計では、被測定物１の測定面への光の入射角と反射角が
ほぼ同一になるので、原理的にはどのような被測定物１
でも反射光が得られ、変位測定が可能である。これに対
し、図２の乱反射型変位計では、被測定物１の測定面に
対する入射角と反射角が異なるため、該測定面で入射し
た光がある程度乱反射しないと反射光が得られず、変位
測定ができない。ところが、実際の変位計では、変位量
を受光位置差として検出する受光位置検出用の受光素子
１２ｂが、特性上、反射光が強すぎても、あるいは弱す
ぎても受光位置を検出できない。例えば、正反射型で反
射光が強すぎる場合や、乱反射型で反射光が弱すぎる場
合、被測定物１の変位の測定ができない。そのため、通
常、変位計では被測定物１の測定面の光の反射特性によ
り、反射型と乱反射型を使いわける必要があり、使用
上、不利不便である。 （ii） 三次元形状測定器の課題 従来の変位計を用いた三次元形状測定器では、前記
（ａ），（ｂ）のいずれの構成でも、センサユニットを
移動させなければならないため、移動部が大型化してし
まうことや、高速スキャンが難しい等の課題がある。本
発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、正反
射型と乱反射型を自在に切換えることができる変位計を
提供すると共に、このような変位計を用いて構造の簡単
な三次元形状測定器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、三角測距方式を用い
て被測定物の測定面の変位量を測定する変位計におい
て、前記被測定物に対して垂直方向の投光軸を有し、該
投光軸に沿って該被測定物の測定面に光を照射する投光
部と、前記投光軸と平行な受光軸を有し、前記測定面で
反射し該受光軸に沿って送られてくる反射光の受光位置
を検出する受光部と、前記投光軸及び前記受光軸を跨ぐ
大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸及び該受光軸
と平行な光軸を有し、前記投光部及び前記受光部と前記
被測定物との間に配置され、該投光軸及び該受光軸に対
して垂直方向に移動可能な対物レンズとを備え、前記対
物レンズの中心を、前記投光軸上と該投光軸及び前記受
光軸の中心線上とに切換え移動可能な構造にしている。
このような構成を採用したことにより、対物レンズの中
心を投光部の投光軸上に移動させると、該投光部から放
射された光が対物レンズの中心部を通過して被測定物の
測定面に照射され、この測定面での反射光が対物レンズ
によって受光部方向に屈折し、該受光部で受光される。
これにより、乱反射型の変位計として作用する。対物レ
ンズの中心を投光軸及び受光軸の中心線上に移動する
と、投光部から放射された光が対物レンズによって被測
定物方向に屈折して測定面に照射される。この反射光
は、対物レンズによって受光部方向に屈曲した後、該受
光部で受光される。これにより、正反射型の変位計とし
て作用する。
に、本発明のうちの第１の発明は、三角測距方式を用い
て被測定物の測定面の変位量を測定する変位計におい
て、前記被測定物に対して垂直方向の投光軸を有し、該
投光軸に沿って該被測定物の測定面に光を照射する投光
部と、前記投光軸と平行な受光軸を有し、前記測定面で
反射し該受光軸に沿って送られてくる反射光の受光位置
を検出する受光部と、前記投光軸及び前記受光軸を跨ぐ
大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸及び該受光軸
と平行な光軸を有し、前記投光部及び前記受光部と前記
被測定物との間に配置され、該投光軸及び該受光軸に対
して垂直方向に移動可能な対物レンズとを備え、前記対
物レンズの中心を、前記投光軸上と該投光軸及び前記受
光軸の中心線上とに切換え移動可能な構造にしている。
このような構成を採用したことにより、対物レンズの中
心を投光部の投光軸上に移動させると、該投光部から放
射された光が対物レンズの中心部を通過して被測定物の
測定面に照射され、この測定面での反射光が対物レンズ
によって受光部方向に屈折し、該受光部で受光される。
これにより、乱反射型の変位計として作用する。対物レ
ンズの中心を投光軸及び受光軸の中心線上に移動する
と、投光部から放射された光が対物レンズによって被測
定物方向に屈折して測定面に照射される。この反射光
は、対物レンズによって受光部方向に屈曲した後、該受
光部で受光される。これにより、正反射型の変位計とし
て作用する。
【００１０】第２の発明によれば、三角測距方式を用い
て被測定物の測定面の三次元形状を測定する三次元形状
測定器において、前記被測定物に対して垂直方向の投光
軸を有し、該投光軸に沿って該被測定物の測定面に光を
照射する投光部と、前記投光軸と平行な受光軸を有し、
前記測定面で反射し該受光軸に沿って送られてくる反射
光の受光位置を検出する受光部と、前記投光軸及び前記
受光軸を跨ぐ大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸
及び該受光軸と平行な光軸を有し、前記投光部及び前記
受光部と前記被測定物との間に配置され、該投光軸及び
該受光軸に対して垂直方向に二次元的に移動可能な対物
レンズとを備えている。このような構成を採用したこと
により、被測定物の測定面に対して対物レンズを二次元
的に移動させれば、該測定面を二次元スキャンできる。
この各スキャン位置での測定面の変位を計測することに
より、被測定物の三次元形状の測定が行える。
て被測定物の測定面の三次元形状を測定する三次元形状
測定器において、前記被測定物に対して垂直方向の投光
軸を有し、該投光軸に沿って該被測定物の測定面に光を
照射する投光部と、前記投光軸と平行な受光軸を有し、
前記測定面で反射し該受光軸に沿って送られてくる反射
光の受光位置を検出する受光部と、前記投光軸及び前記
受光軸を跨ぐ大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸
及び該受光軸と平行な光軸を有し、前記投光部及び前記
受光部と前記被測定物との間に配置され、該投光軸及び
該受光軸に対して垂直方向に二次元的に移動可能な対物
レンズとを備えている。このような構成を採用したこと
により、被測定物の測定面に対して対物レンズを二次元
的に移動させれば、該測定面を二次元スキャンできる。
この各スキャン位置での測定面の変位を計測することに
より、被測定物の三次元形状の測定が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】第１の実施形態 図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示す
正反射型／乱反射型切換え可能な変位計のセンサユニッ
トの概略の構造図である。この第１の実施形態の変位計
は、三角測距方式を用い、レーザ光を被測定物１の測定
面に照射してこの反射光を受光し、この受光位置を検出
することによって該測定面の変位量を測定するものであ
り、レーザ光の照射と受光を行うセンサユニットと、こ
のセンサユニットで受光した受光位置の検出信号に基づ
き被測定物１の測定面の変位を演算により求める回路部
とで構成されている。センサユニットは、被測定物１に
向けてレーザ光を投射し、該被測定物１からの反射光を
受光するセンサ部２０と、このセンサ部２０と被測定物
１との間に配置された対物レンズ（例えば、凸レンズ）
２３とで構成されている。
正反射型／乱反射型切換え可能な変位計のセンサユニッ
トの概略の構造図である。この第１の実施形態の変位計
は、三角測距方式を用い、レーザ光を被測定物１の測定
面に照射してこの反射光を受光し、この受光位置を検出
することによって該測定面の変位量を測定するものであ
り、レーザ光の照射と受光を行うセンサユニットと、こ
のセンサユニットで受光した受光位置の検出信号に基づ
き被測定物１の測定面の変位を演算により求める回路部
とで構成されている。センサユニットは、被測定物１に
向けてレーザ光を投射し、該被測定物１からの反射光を
受光するセンサ部２０と、このセンサ部２０と被測定物
１との間に配置された対物レンズ（例えば、凸レンズ）
２３とで構成されている。
【００１２】センサ部２０は、該センサ部２０の軸Ｈ２
０上に投光軸Ｈ２１を有し、該投光軸Ｈ２１に沿ってレ
ーザ光を投射する投光部２１と、投光軸Ｈ２１と一定距
離をおいて平行な受光軸Ｈ２２を有し、該受光軸Ｈ２２
に沿って送られてくる反射光の受光位置を検出する受光
部２２とを備えている。投光部２１は、レーザ光を出射
するレーザダイオード等の光源と、該レーザ光を平行光
線にして投光軸Ｈ２１方向へ投射する受光レンズとで構
成されている。受光部２２は、受光軸Ｈ２２に沿って送
られてきた反射光を集光する受光レンズ２２ａと、この
受光レンズ２２ａで集光された反射光から受光位置の検
出を行う受光素子２２ｂとで構成されている。受光素子
２２ｂは、例えば、ディジタルラインセンサであるＣＣ
Ｄラインセンサで構成され、この出力側に回路部が接続
されている。センサ部２０と被測定物１との間に配置さ
れた凸レンズ２３は、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２を
跨ぐ大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸Ｈ２１及
び受光軸Ｈ２２と平行な光軸Ｈ２３を有し、該投光軸Ｈ
２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方向に移動可能なよ
うになっている。凸レンズ２３の中心の移動範囲は、投
光軸Ｈ２１から該投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心
線までの範囲であり、手動レバー、モータ等の移動手段
によって切換え移動可能な構造になっている。次に、
（ｉ）図１（ａ）の乱反射型の動作と、（ii）図１
（ｂ）の正反射型の動作を説明する。
０上に投光軸Ｈ２１を有し、該投光軸Ｈ２１に沿ってレ
ーザ光を投射する投光部２１と、投光軸Ｈ２１と一定距
離をおいて平行な受光軸Ｈ２２を有し、該受光軸Ｈ２２
に沿って送られてくる反射光の受光位置を検出する受光
部２２とを備えている。投光部２１は、レーザ光を出射
するレーザダイオード等の光源と、該レーザ光を平行光
線にして投光軸Ｈ２１方向へ投射する受光レンズとで構
成されている。受光部２２は、受光軸Ｈ２２に沿って送
られてきた反射光を集光する受光レンズ２２ａと、この
受光レンズ２２ａで集光された反射光から受光位置の検
出を行う受光素子２２ｂとで構成されている。受光素子
２２ｂは、例えば、ディジタルラインセンサであるＣＣ
Ｄラインセンサで構成され、この出力側に回路部が接続
されている。センサ部２０と被測定物１との間に配置さ
れた凸レンズ２３は、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２を
跨ぐ大きさのレンズ口径を持ち、かつ該投光軸Ｈ２１及
び受光軸Ｈ２２と平行な光軸Ｈ２３を有し、該投光軸Ｈ
２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方向に移動可能なよ
うになっている。凸レンズ２３の中心の移動範囲は、投
光軸Ｈ２１から該投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心
線までの範囲であり、手動レバー、モータ等の移動手段
によって切換え移動可能な構造になっている。次に、
（ｉ）図１（ａ）の乱反射型の動作と、（ii）図１
（ｂ）の正反射型の動作を説明する。
【００１３】（ｉ） 図１（ａ）の乱反射型の動作 変位計を乱反射型として使用する場合、図１（ａ）に示
すように、移動手段によって凸レンズ２３の中心を投光
軸Ｈ２１上に移動する。そして、投光部２１から投光軸
Ｈ２１方向にレーザ光を投射すると、このレーザ光が凸
レンズ２３の中心部を通って被測定物１の測定面に照射
され、この照射部分がスポットとなってその点で反射す
る。被測定物１が凸レンズ２３から最も遠い位置１−３
にあるときのスポットをｓ３とすると、このスポットｓ
３での反射光が凸レンズ２３によって受光レンズ２２ａ
方向に屈折した後、該受光レンズ２２ａで集光され、受
光素子２２ｂ上の点ｎ３に結像される。被測定物１が凸
レンズ２３に近づくにつれて、その位置は１−３→１−
２→１−１と変化し、スポットもｓ３→ｓ２→ｓ１と移
動する。これと同時に、受光素子２２ｂ上の結像点の位
置もｎ３→ｎ２→ｎ１と移動し、被測定物１の測定面の
変位量Ｗが受光素子２２ｂ上のｎ３〜ｎ１の変位量ｗに
置き換えられる。受光素子２２ｂは、例えば、多数の半
導体光検出素子を直線上に並べたＣＣＤラインセンサで
構成されているので、結像点（即ち、光の照射された
点）の光検出素子から信号を取出せる。この信号を回路
部で処理し、その部分の番地を読出すことにより、被測
定物１の変位を測定できることになる。このような変位
計の使用方法では、従来の図２の乱反射型変位計の投光
軸Ｈ１１上に、凸レンズ２３を挿入した構造とほぼ同一
になる。このため、本実施形態の変位計では、従来の図
２の乱反射型変位計の変位検出特性とほぼ同一になる。 （ii） 図１（ｂ）の正反射型の動作 変位計を正反射型として使用する場合、図１（ｂ）に示
すように、移動手段によって凸レンズ２３の中心を、投
光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方向に、該投
光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心線上まで平行移動す
る。すると、投光部２１から投射されたレーザ光は、凸
レンズ２３によって該凸レンズ２３の光軸Ｈ２３方向へ
屈折し、被測定物１の測定面に照射される。この反射光
は、凸レンズ２３によって受光レンズ２２ａ方向に屈折
し、該受光レンズ２２ａによって受光素子２２ｂ上に集
光される。このような使用方法では、投光部２１からの
レーザ光が凸レンズ２３によって該凸レンズ２３の光軸
Ｈ２３方向へ屈折し、被測定物１の測定面による反射光
もこれに伴い変化するが、該被測定物１の測定面の位置
１−１，１−２，１−３に対する受光素子２２ｂ上の受
光位置がほとんど変化しない。そのため、投光と受光の
角度関係が正反射型になり、被測定物１の変位を正確に
測定できることになる。以上のように、この第１の実施
形態の変位計では、凸レンズ２３を平行移動させるだけ
で、正反射型と乱反射型を自在に切換えることができ、
しかもこの時の変位量検出特性もほとんど変化しない。
従って、受光強度等によって正反射型と乱反射型を任意
に選択できる変位計を実現できる。
すように、移動手段によって凸レンズ２３の中心を投光
軸Ｈ２１上に移動する。そして、投光部２１から投光軸
Ｈ２１方向にレーザ光を投射すると、このレーザ光が凸
レンズ２３の中心部を通って被測定物１の測定面に照射
され、この照射部分がスポットとなってその点で反射す
る。被測定物１が凸レンズ２３から最も遠い位置１−３
にあるときのスポットをｓ３とすると、このスポットｓ
３での反射光が凸レンズ２３によって受光レンズ２２ａ
方向に屈折した後、該受光レンズ２２ａで集光され、受
光素子２２ｂ上の点ｎ３に結像される。被測定物１が凸
レンズ２３に近づくにつれて、その位置は１−３→１−
２→１−１と変化し、スポットもｓ３→ｓ２→ｓ１と移
動する。これと同時に、受光素子２２ｂ上の結像点の位
置もｎ３→ｎ２→ｎ１と移動し、被測定物１の測定面の
変位量Ｗが受光素子２２ｂ上のｎ３〜ｎ１の変位量ｗに
置き換えられる。受光素子２２ｂは、例えば、多数の半
導体光検出素子を直線上に並べたＣＣＤラインセンサで
構成されているので、結像点（即ち、光の照射された
点）の光検出素子から信号を取出せる。この信号を回路
部で処理し、その部分の番地を読出すことにより、被測
定物１の変位を測定できることになる。このような変位
計の使用方法では、従来の図２の乱反射型変位計の投光
軸Ｈ１１上に、凸レンズ２３を挿入した構造とほぼ同一
になる。このため、本実施形態の変位計では、従来の図
２の乱反射型変位計の変位検出特性とほぼ同一になる。 （ii） 図１（ｂ）の正反射型の動作 変位計を正反射型として使用する場合、図１（ｂ）に示
すように、移動手段によって凸レンズ２３の中心を、投
光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対して垂直方向に、該投
光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２の中心線上まで平行移動す
る。すると、投光部２１から投射されたレーザ光は、凸
レンズ２３によって該凸レンズ２３の光軸Ｈ２３方向へ
屈折し、被測定物１の測定面に照射される。この反射光
は、凸レンズ２３によって受光レンズ２２ａ方向に屈折
し、該受光レンズ２２ａによって受光素子２２ｂ上に集
光される。このような使用方法では、投光部２１からの
レーザ光が凸レンズ２３によって該凸レンズ２３の光軸
Ｈ２３方向へ屈折し、被測定物１の測定面による反射光
もこれに伴い変化するが、該被測定物１の測定面の位置
１−１，１−２，１−３に対する受光素子２２ｂ上の受
光位置がほとんど変化しない。そのため、投光と受光の
角度関係が正反射型になり、被測定物１の変位を正確に
測定できることになる。以上のように、この第１の実施
形態の変位計では、凸レンズ２３を平行移動させるだけ
で、正反射型と乱反射型を自在に切換えることができ、
しかもこの時の変位量検出特性もほとんど変化しない。
従って、受光強度等によって正反射型と乱反射型を任意
に選択できる変位計を実現できる。
【００１４】第２の実施形態 図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を示す
三次元形状測定器のセンサユニットの概略の構造図であ
り、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素に
は共通の符号が付されている。この三次元形状測定器で
は、図１の変位計に対して、凸レンズ２３の移動手段の
構造が異なると共に、受光素子２２ｂの受光位置検出信
号を処理する回路部の構成が異なっている。即ち、この
三次元形状測定器における凸レンズ２３の移動手段は、
該凸レンズ２３を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対
して垂直方向のＸ軸方向及びＹ軸方向からなる二次元面
上をモータ等によって移動させるようになっている。さ
らに、センサ部２０の出力信号を入力する回路部は、受
光素子２２ｂの受光位置検出信号に基づき、被測定物１
の測定面の三次元形状を演算によって求めるような構成
になっている。
三次元形状測定器のセンサユニットの概略の構造図であ
り、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素に
は共通の符号が付されている。この三次元形状測定器で
は、図１の変位計に対して、凸レンズ２３の移動手段の
構造が異なると共に、受光素子２２ｂの受光位置検出信
号を処理する回路部の構成が異なっている。即ち、この
三次元形状測定器における凸レンズ２３の移動手段は、
該凸レンズ２３を、投光軸Ｈ２１及び受光軸Ｈ２２に対
して垂直方向のＸ軸方向及びＹ軸方向からなる二次元面
上をモータ等によって移動させるようになっている。さ
らに、センサ部２０の出力信号を入力する回路部は、受
光素子２２ｂの受光位置検出信号に基づき、被測定物１
の測定面の三次元形状を演算によって求めるような構成
になっている。
【００１５】図６は、図５の動作説明図である。被測定
物１の測定面の三次元形状を測定する場合、図５
（ａ），（ｂ）に示すように、移動手段によって凸レン
ズ２３をＸ軸方向に移動していく。例えば、図５（ａ）
に示す凸レンズ２３の位置では、投光部２１の投光軸Ｈ
２１と凸レンズ２３の光軸Ｈ２３とが一致しているた
め、該投光部２１から出射されたレーザ光が、凸レンズ
２３の中心部を通過して被測定物１の測定面に照射さ
れ、この反射光が該凸レンズ２３によって受光レンズ２
２ａ方向に屈折した後、該受光レンズ２２ａで受光素子
２２ｂ上に集光される。この状態から、凸レンズ２３を
図５（ｂ）の位置まで平行移動させると、投光部２１か
ら出射されたレーザ光が、凸レンズ２３によって該凸レ
ンズ２３の光軸Ｈ２３方向に屈折するが、被測定物１の
測定面からの反射光も、出射されたレーザ光の屈折に合
わせて該凸レンズ２３で受光レンズ２２ａ方向に屈折し
て変化する。このため、受光部２０は、凸レンズ２３の
移動の影響なく、被測定物１の測定面からの反射光を受
光することができる。
物１の測定面の三次元形状を測定する場合、図５
（ａ），（ｂ）に示すように、移動手段によって凸レン
ズ２３をＸ軸方向に移動していく。例えば、図５（ａ）
に示す凸レンズ２３の位置では、投光部２１の投光軸Ｈ
２１と凸レンズ２３の光軸Ｈ２３とが一致しているた
め、該投光部２１から出射されたレーザ光が、凸レンズ
２３の中心部を通過して被測定物１の測定面に照射さ
れ、この反射光が該凸レンズ２３によって受光レンズ２
２ａ方向に屈折した後、該受光レンズ２２ａで受光素子
２２ｂ上に集光される。この状態から、凸レンズ２３を
図５（ｂ）の位置まで平行移動させると、投光部２１か
ら出射されたレーザ光が、凸レンズ２３によって該凸レ
ンズ２３の光軸Ｈ２３方向に屈折するが、被測定物１の
測定面からの反射光も、出射されたレーザ光の屈折に合
わせて該凸レンズ２３で受光レンズ２２ａ方向に屈折し
て変化する。このため、受光部２０は、凸レンズ２３の
移動の影響なく、被測定物１の測定面からの反射光を受
光することができる。
【００１６】凸レンズ２３を図６のＸ軸方向に移動させ
た後、該凸レンズ２３をＹ軸方向に所定ピッチだけ移動
させ、前記と同様にしてＸ軸方向に移動していく。この
ように、移動手段によって凸レンズ２３のみをＸ軸方向
及びＹ軸方向にジクザグ状に移動させ、これらの各移動
位置での受光素子２２ｂの受光位置検出信号を回路部に
よって演算処理すれば、各移動位置における被測定物１
の測定面の高さを測定できる。以上のように、この第２
の実施形態では、凸レンズ２３を、Ｘ軸方向及びＹ軸方
向からなる二次元面上を移動させることのみで、センサ
部２０を動かすことなく、被測定物１の測定面を二次元
的にスキャンし、各スキャン位置での測定面の変位を高
速に連続検出して該測定面の三次元形状を測定すること
ができる。この結果、凸レンズ２３の移動手段を小型化
して高速スキャンが可能になる。なお、本発明は上記実
施形態に限定されず、例えば、投光部２１及び受光部２
２を他の構造や配置形状にする等、種々の変形が可能で
ある。
た後、該凸レンズ２３をＹ軸方向に所定ピッチだけ移動
させ、前記と同様にしてＸ軸方向に移動していく。この
ように、移動手段によって凸レンズ２３のみをＸ軸方向
及びＹ軸方向にジクザグ状に移動させ、これらの各移動
位置での受光素子２２ｂの受光位置検出信号を回路部に
よって演算処理すれば、各移動位置における被測定物１
の測定面の高さを測定できる。以上のように、この第２
の実施形態では、凸レンズ２３を、Ｘ軸方向及びＹ軸方
向からなる二次元面上を移動させることのみで、センサ
部２０を動かすことなく、被測定物１の測定面を二次元
的にスキャンし、各スキャン位置での測定面の変位を高
速に連続検出して該測定面の三次元形状を測定すること
ができる。この結果、凸レンズ２３の移動手段を小型化
して高速スキャンが可能になる。なお、本発明は上記実
施形態に限定されず、例えば、投光部２１及び受光部２
２を他の構造や配置形状にする等、種々の変形が可能で
ある。
【００１７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、対物レンズの中心を、投光軸上と該投光軸及
び受光軸の中心線上とに切換え移動可能な構造にしたの
で、一つの変位計を正反射型と乱反射型に自在に切換え
ることができる。しかも、この時の変位量検出特性がほ
とんど変化しないので、受光強度等によって正反射型と
乱反射型を任意に選択できる変位計を実現できる。第２
の発明によれば、対物レンズを二次元的に移動させるこ
とのみで、変位計の他の部分を動かすことなく、該対物
レンズの光軸を被測定物の測定面に沿って二次元的にス
キャンし、各スキャン位置での変位を計測することによ
って被測定物の三次元形状を測定することができる。従
って、対物レンズを移動するための手段を小型化でき、
高速スキャンが可能な三次元形状測定器を実現できる。
によれば、対物レンズの中心を、投光軸上と該投光軸及
び受光軸の中心線上とに切換え移動可能な構造にしたの
で、一つの変位計を正反射型と乱反射型に自在に切換え
ることができる。しかも、この時の変位量検出特性がほ
とんど変化しないので、受光強度等によって正反射型と
乱反射型を任意に選択できる変位計を実現できる。第２
の発明によれば、対物レンズを二次元的に移動させるこ
とのみで、変位計の他の部分を動かすことなく、該対物
レンズの光軸を被測定物の測定面に沿って二次元的にス
キャンし、各スキャン位置での変位を計測することによ
って被測定物の三次元形状を測定することができる。従
って、対物レンズを移動するための手段を小型化でき、
高速スキャンが可能な三次元形状測定器を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す変位計のセンサ
ユニットの概略の構造図である。
ユニットの概略の構造図である。
【図２】従来の乱反射型変位計のセンサ部を示す概略の
構造図である。
構造図である。
【図３】従来の正反射型変位計のセンサ部を示す概略の
構造図である。
構造図である。
【図４】従来の三次元形状測定器のセンサユニットを示
す概略の構造図である。
す概略の構造図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す三次元形状測定
器のセンサユニットの概略の構造図である。
器のセンサユニットの概略の構造図である。
【図６】図５の動作説明図である。
１ 被測定物 ２０ センサ部 ２１ 投光部 ２２ 受光部 ２２ａ 受光レンズ ２２ｂ 受光素子 ２３ 凸レンズ
Claims (2)
- 【請求項１】 三角測距方式を用いて被測定物の測定面
の変位量を測定する変位計において、 前記被測定物に対して垂直方向の投光軸を有し、該投光
軸に沿って該被測定物の測定面に光を照射する投光部
と、 前記投光軸と平行な受光軸を有し、前記測定面で反射し
該受光軸に沿って送られてくる反射光の受光位置を検出
する受光部と、 前記投光軸及び前記受光軸を跨ぐ大きさのレンズ口径を
持ち、かつ該投光軸及び該受光軸と平行な光軸を有し、
前記投光部及び前記受光部と前記被測定物との間に配置
され、該投光軸及び該受光軸に対して垂直方向に移動可
能な対物レンズとを備え、 前記対物レンズの中心を、前記投光軸上と該投光軸及び
前記受光軸の中心線上とに切換え移動可能な構造にした
ことを特徴とする変位計。 - 【請求項２】 三角測距方式を用いて被測定物の測定面
の三次元形状を測定する三次元形状測定器において、 前記被測定物に対して垂直方向の投光軸を有し、該投光
軸に沿って該被測定物の測定面に光を照射する投光部
と、 前記投光軸と平行な受光軸を有し、前記測定面で反射し
該受光軸に沿って送られてくる反射光の受光位置を検出
する受光部と、 前記投光軸及び前記受光軸を跨ぐ大きさのレンズ口径を
持ち、かつ該投光軸及び該受光軸と平行な光軸を有し、
前記投光部及び前記受光部と前記被測定物との間に配置
され、該投光軸及び該受光軸に対して垂直方向に二次元
的に移動可能な対物レンズとを備えたことを特徴とする
三次元形状測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27911197A JPH11118419A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 変位計及び三次元形状測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27911197A JPH11118419A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 変位計及び三次元形状測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118419A true JPH11118419A (ja) | 1999-04-30 |
Family
ID=17606578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27911197A Withdrawn JPH11118419A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 変位計及び三次元形状測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11118419A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002174508A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Juki Corp | 距離測定装置 |
| JP2021504707A (ja) * | 2017-11-30 | 2021-02-15 | セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド | ライダーシステムの分解能を向上させるための光学設計および検出器設計 |
-
1997
- 1997-10-13 JP JP27911197A patent/JPH11118419A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002174508A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Juki Corp | 距離測定装置 |
| JP2021504707A (ja) * | 2017-11-30 | 2021-02-15 | セプトン テクノロジーズ，インコーポレイテッド | ライダーシステムの分解能を向上させるための光学設計および検出器設計 |
| US11585902B2 (en) | 2017-11-30 | 2023-02-21 | Cepton Technologies, Inc. | Optical designs using cylindrical lenses for improved resolution in lidar systems |
| US11592530B2 (en) | 2017-11-30 | 2023-02-28 | Cepton Technologies, Inc. | Detector designs for improved resolution in lidar systems |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050104 |