JPS60209105A - 変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定対象までの距離とその形状を同時に得る
ことが可能な変位測定装置に関し、詳しくは、測定対象
に向けて所定方向からビーム光を照射する光源と、前記
測定対象からの反射光を前記ビーム光の照射方向に対し
て所定角度の方・向から受光レンズを介して受光するイ
メージセンサを備え、前記イメージセンサ上の反射光受
光位置検出結果に基いて三角測量の原理により前記測定
対象までの距離または形状の情報を測定する変位測定装
置に関する。

従来、この種の変位測定装置としては、特願昭５８−３
７８２０８や特願昭５８−２０１５２６号等により本出
願人が既に提案しであるｔ次元のイメージセンサと、ス
ポット光を測定対象に照射する光源としてレーデ−光を
用いて、前記イメージセンサ上の測定対象からの反射光
受光位置検出結果に基いて、三角測量の原理により距離
を測定する１次元の変位測定装置があるが、かかる変位
測定装置では、９わゆるスポット測距を行なうことが可
能なだけであって、測定対象の形状に対応する複数の距
離情報を一度に得ることは不可能であった。

従って形状に対応する情報を得るためには、変位測定装
置あるいは測定対象を移動させて繰り返し複数点の測距
を行なわなければならないので、その移動に伴って、測
定誤差が発生するのみならず測定に時間がかかる欠点が
あり、正確な形状情報が簡単には得られなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、−回の測定で複数点の距離情報すなわち測定
対象の形状に対応した２次元の情報が正確に得られる変
位測定装置を提供することにある。

１記目的を達成すべく本発明による変位測定装置は、前
記光源からは所定範囲に亘って広がる線状のビーム光を
照射し、前記イメージセンナはその受光方向に対して複
数の受光素子をコ次元に配列するとともに、前記受光レ
ンズの結像点面に対して所定角度傾けて配置し、前記イ
メージセンサ上の反射光受光位置に対応する各に得るべ
く構成しである点に特徴を有する。

上記構成故に、下記の如き優れた効果が発揮されるに至
った。

即ち、線光源から照射され測定対象によって・反射した
反射光をイメージセンサによってλ次元的忙受光し、そ
の受光位置に対応する各受光素子の座標位置から距離を
測定するので、イメージセンサが反射光を受光可能な範
囲にある対象の距離のみならず、その形状に対応する測
距データが同時に得られるのである。又、イメージセン
チの受光面を受光レンズの結像点に対して所定角度傾け
て配置しであるので測定対象の移動等による反射位置の
変化に対応した実際の結像位置土で各受光素子が反射光
を正確に受光できるのである。

従って、正確な複数点の距離とその形状の情報を同時に
得ることができるに至った。

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する０ 第１図（イ）、（ロ）に示すように、測定対象（ＸＩ　
Ｋ向けて水平方向に所定範囲の広さで広がる線状のビー
ム光を照射する線光源としてのレーザー光源Ｉｌｌと、
この光源Ｉｌｌに対して垂直方向に所定距離（−）隔て
て配置され、かつ、所定の角度（θρで前記測定対象（
３）からの反射光を受光レンズ（２）を介して受光する
後記構成になるイメージセンナ（３）を設け、もって、
三角測量の原理により、前記イメージセンサ（３）の反
射光受光位置（範囲）に基いて、所定距離（Ｌａ）械Ｌ
ｂ）の範囲（第１図中、Ａで示す範囲）すなわちイメー
ジセンサ（３）の視野範囲にある前記測定対象（Ｘｌま
での複数点（ｉ）の距＠（Ｌｊ）を同時に測定する変位
測定装置を構成しである。

前記イメージセンサ（３）は前記受光レンズ（２）の結
像点に対して所定角度（θα）傾けて配置してあり、測
定対象（力の位置の違いによる実際の結像位置変化が有
っても正確に反射光を受光できるようにしである。

又、前記イメージセンサ（３）は第２図に示すように、
複数の受光素子（Ｓ）・・を所定間隔で２次元的に配列
しであるものであって、いわゆるＣＣＤやＭＯＳ型の撮
像素子によって構成してあり、本実施例では、水平方向
（９）に１２０画素、垂直方向ｆｆｌにｘｙｙ画素を有
するものを使用している０ 以下、上記構成になるイメージセンナ（３）の受光位置
を検出して測定距離情報に変換する制御装置（４）の構
成について第３図に示すブロック図および第４図に示す
タイムチャートに基いて説明する。

前記制御装置（４）は、以下に説明する各信号処理部に
よって構成しである。

（５）は、前記イメージセンサ（３）を後記クロック信
号（Ｃｐρで走査し垂直同期信５ｔ（ＶＤ）および水平
同期信ｅ（ＨＤ）Ｋ同期させた各受光素子ｔＳｌの反射
光の受光信号である階段状の出力ビデオ信号（Ｐｌ）を
連続した曲線状のビデオ信８（粉に変換するローパスフ
ィルタで、測定距離の分解能を上げるために設けである
ものである。

（６）は、前記フィルタ（５）の出力信号（〜より基準
電圧発生部（７）から出力される基準電圧（■を減算し
てノイズ成分を除去する減算器である。

（７）は、前記フィルタ（６）の出力信号（Ｐ２）より
ノイズ成分を除去するためのスレッショルドである基準
電圧（ＶＯ）を設定して前記減算器（６）に出力する基
準電圧発生部である。

（３）は、前記減算器（６）の出力（〜をデジタル信号
に変換する高速Ａ／Ｄ変換器である。

（９）は、前記Ａ／Ｄ変換器（３）の出力信号から前記
ビデオ信号（Ｐ、）の最大値（Ｖｐ）を抽出する最大値
回路で、その動作が前記最大値ｆｆｐ）を後配り色変換
器（１２）に直接出力するモード（モードｌ）と、後記
最大値メモ！Ｊ　（Ｉｔ）に一旦記憶した後間接的に出
力するモード（モード２）を選択可能に構成しである。

（ｔｏａＩ／ｉ、、前記イメージセンサ（３）からの垂
直ブランク信９　（Ｖ、ＢＬ）と水平ブランク信＄　（
Ｈ，ＢＬ）に同期して測定中の水平走査線の数を前記垂
直ブランク信号（Ｖ、ＢＬ）毎にカウントする垂直走査
カクンタで、前記イメージセンサ（３）上の受光素子（
Ｓｉ、ｊ）の垂直方向の座標位置（ｉ）に相当するデー
タ（〜を出力すべく構成しである。

（１１）は、前記モード執２の場合に前記垂直走査カク
ンタ（１０１のカウント値をアドレスとして前記最大値
回路（９）より出力される最大値（Ｖｐ）を記憶する最
大値メモリで、今回の検出最大値の記憶と同時に後記Ｄ
／Ａ変換器（Ｉ２）に前回の検出最大値（Ｖｐ）を出力
すべく構成しである。

０匂は、前記デジタル値である最大値ｆＶｐ）をアナロ
グ償８・に変換するＤ／Ａ　ｉ換器である。

θ四は、前記Ｄ／Ａ変換器（＋匂によってアナログ信号
に変換された最大値ｆｆｐ）を所定比率で減衰して前記
減算器（６）の出力信号（Ｐ３）を２値化するためのス
レッショルド電圧（ＳＬ）を演算する減衰器である。

（１４は、前記減算器（６）の出力信号（Ｐ３）と前記
減衰器Ｈより出力されるスレッショルド電圧（ＳＬ）と
を比較し、前記出力信号（粉のレベルがスレッショルド
電圧（ＳＬ）以上である区間が＠Ｈルベルであるコ値化
信！’＋（Ｐ、）に変換するコンパレータである。

αりは、前記コンパレータ０４から出力されるコ値化さ
れた受光＠　Ｓｔ　（Ｐ、）よりノイズ成分を除去する
とともにコつの信号（〜、　＜理パに分離して出力する
波形整形回路である。　なお、この２つの信号（Ｐ５）
　、　（Ｒ）は後記マルチプレクサ（国の動作を制御す
るためのタイミング信号である。

（１６１は、前記波形整形回路−の出力信号（勾。

（Ｐρおよび後記分局器（１８１より供給されるクロッ
ク信号（Ｃｐ２）、（Ｃｐｓ）からイメージセンサ（３
）の水平受光位置（ｌを検出するための計数クロック（
ＣＮ）を生成するマルチプレクサで、この計数クロック
（ＣＮ）は、前記水平ブランク信号（Ｈ，ＢＬ）の立ち
上がりから前記コ値化信号（Ｐ４）の立ち上がりまでが
後記分局器（Ｉ樽より供給される周波数がｆ。×ｎのク
ロック信号（Ｃｐρで、前記コ値化信号（Ｐ、）が１Ｈ
ルベルである区間は周波数がｆｏ　Ｘｒｖ’２　である
クロック信号（Ｃｐ、）を出力した後停止する信号とな
るように動作するものである。

（Ｉ７）は、各信号処理部に高精度の動作クロックを供
給するために所定周波数（ｆ）の原振クロック（ＣｐＱ
）を出力する水晶発振器（以下、Ｏ２０と略す）である
。

ａｌｌは、前記Ｏ５Ｃ（１７１の出力である原振クロッ
ク（Ｃｐｏ）を分周して所定周波数（ｆｏ）、（ｆｏＸ
ｎ）、（ｆｏＸａ／２）の各部の動作クロック信号（Ｃ
鰺、（ＣｐＪ、（Ｃ負）を出力する分局器である。

翰は、前記計数クロック（ＣＮ）をカウントすることに
よって、前記水平ブランク信号（Ｈ，ＢＬ）の立ち上が
りから、前記減算器（６）から出力される受光信号（〜
の中心（第４図中ＮＡ　、又は邪で示す位置）すなわち
前記イメージセンサ（３）上の反射光を受光している受
光素子（Ｓｔ　、　ｊ）の水平方向の座標位置（ｊ）を
検出する水平走査高速力タンクである。

（社）は、前記垂直走査カタンク（１０）の全ての出力
値（１）Ｋ対する前記水平走査高速カクンタＱ９）の出
力計数値（ｊ）をアドレスとして、前記測定対象（Ｘｉ
までの全ての出力値（ｉ）に対する計数値（ｊ）に対応
する距離（Ｌｊ）を予じめテーブル化して記憶しである
メモリ１である。

（２１１は、前記垂直走査カタンクαＯ）のカクント値
（粉すな゛わち前記受光素子ｔｓ＋の垂直方向の座標（
ｉ）に対応する距離補正データ（Ｌｊりを記憶しである
メモリ２である。　なお、この補正データ（Ｌｊりが必
要になるのは、前記受光レンズ（２）の焦点誤差および
イメージセンサ（３）の受光素子列の間隔誤差等に応じ
て距離換算を補正する必要が有るからである。

□□□は、前記メモリｌ岡から出力される距離値（Ｌｊ
　）と前記メモリ２（２０から出力される補正データ（
Ｌｊりとを加減算して、正確な距離値に補正するだめの
加減算器である。

（ロ）は、前記メモリ１側から出力される距離値（Ｌｊ
）と加減算器機の出力とをチェックして、測定範囲外の
距離値（Ｌｊ）が出力される測定エラーおよび加減算器
−の演算エラーが発生した場合に１測定工ラー信号（Ｅ
ｒｒ）を外部に出力するためのエラーチェック回路であ
る。

（財）は、前記垂直走査カクンタ叫の出力（〜を走査線
データ（Ｓｙｔ）として外部に出力するための走査線数
データ出力部である。

（至）は、前記走査線数データ（Ｓｙｌ）に対応した距
離値（Ｌｊ）を外部に出力するための距離データ出力部
である。

噛は、前記最大値回路（９）の動作モード（モード１，
２）の切り換えに伴う各信５Ｊ−処理部の制御信号の変
更、および前記外部へ出力する各信号（Ｓｙρ、（Ｌｊ
）、（Ｅｒｒ）の送出タイミングすなわち外部の装置が
信号を正確に受信するための読込ストローブ信’＋（Ｓ
ｙρを出力するプログラマブル・システムコントローラ
部である。

■ηは、以上説明した各信号処理部に対して、電源リセ
ット信号および測定を開始するための初期化信号を出力
するシステムリセット部である。

そして、前記イメージセンナ（３）上の各受光素子（Ｓ
ｉ　、　ｊ）を水平方向（ＩＫ−画素づつ走査しながら
垂直方向（ｆ）に一画素分づつ走査位置を移動して、連
続したビデオ信号（Ｐ□）として、反射光受光位置すな
わち測定対象（Ｘ）の形状に対応する連続して検出され
る複数点（本実施例では２グダ点）の距離データ（Ｌｉ
　＊　ｊ）　ｉｚＮダダおよび走査線数データ（ＳｙＬ
）よりなる２次元情報を検ｉするのである。

尚、前記最大値回路（９）は、最大値メモ’Ｊ　ｆｌｌ
）とともにその出力最大値（Ｖｐ）を、前記モードｌで
は、前回すなわちｌ水平方向前（ｊ−ｉ）の水平走査時
の受光信号の最大値（ＰＬｌ）として、今回（ｊ）のス
レンショルドレベル（ｓＬＬ）を決定ｆべく　動作する
とともに、モード２でｔ′ｉ曲回の垂直走査時すなわち
／フレーム前の同一水平走査線上の受光信号最大値（Ｐ
ＬＯをその出力最大値（Ｖｐ）として今回のスレンショ
ルドレベル（ＳＬＯを決定すべく動作するものである。

又、前記光源（１）としては、Ｈｅ−Ｎｅレーデ等を用
いて出力されるレーザ光をレンズ等の光学系によって所
定範囲に広げたり、あるいはスキャンニングすることた
よって実質的に線光源を構成するようにしてもよく、そ
の場合、第１因に示すような平呵り光でなくとも、前記
測距範囲（４）内を照射可能であれば光源位置から扇状
に広がる線光線を照射する光源であってもよい。　更に
は、測定対象（Ｘｌに周囲の明るさに対して十分なコン
トラストを与えられるものであればどのような光源であ
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）は本発明による変位測定装置の構
成を示す概略図であって、同図（イ）は平面図、同図（
ロ）は側面図で、第２図はイメージセンナの構成を示す
拡大平面図、第３図は制御装置の構成を示すブロック図
、そして、第４図はその動作を示すタイムチャートであ
る。 ＋１１・・・・・・線光源、（２）・・・中受光しどズ
、（３）・旧・・イメージセンサ、（Ｓ）・旧・・受光
素子、（３）・・・・・・測定対象、囚・・・・・・所
定範囲、（ｉ、ｊ）・・・・・・座標、（Ｌｊ　）・・
・・・・距離、（θρ、（θα）・・・・・・所定角度
。 代理人　弁理士　北　村　修

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定対象（ＸＩ　Ｋ向けて所定方向からビーム光を照射
   する光源＋１）と、前記測定対象（Ｘｌからの反射光を
   前記ビーム光の照射方向に対して所定角度（θ。）の方
   向から受光し、ンズ（２）を介して受光するイメージセ
   ンサ（３）を備え、前記イメージセンサ（３）上の反射
   光受光位置検出結果に基いて三角測量の原理により前記
   測定対象（Ｘｉまでの距離または形状の情報を測定する
   変位測定装置であって、前記光源１１＋からは所定範囲
   （４）に亘って広がる線状のビーム光を照射し、前記イ
   メージセンサ（３）はその受光方向に対して複数の受光
   素子＋８１を２次元に配列するとともに、前記受光レン
   ズ（２）の結像点面に対して所定角度（θα）傾けて配
   置して、前記イメージセンサ（３）上の反射光受光位置
   に対応する各受光素子（Ｓ）の座標（ｉ、ｊ）位置検出
   結果に基いて、前記測定対象までの距離（Ｌｊ）とその
   形状の情報を同時に得るべく構成しであることを特徴と
   する変位測定装置。